Geothermie – unendlich viel Energie
In unserem Planeten steckt ein nahezu unerschöpflicher Energievorrat unter der Oberfläche. Je tiefer man nämlich in die Erde eindringt, desto heißer wird es. Bei uns in Mitteleuropa nimmt die Temperatur um etwa 3° C pro 100 Metern Tiefe zu, im Erdkern ist es bis zu 6.500° C heiß. Diese Erdwärme kann angezapft und zur Energiegewinnung genutzt werden.
Unter unserem Landkreis brodelt es
Tiefengeothermie bedeutet bei uns im bayerischen Alpenvorland Energiegewinnung aus der heißen, Tiefenwasser führenden Kalksteinschicht aus Malmkarst. Im südbayerischen Molassebecken, in dem auch der Landkreis Starnberg liegt, befindet sich das heiße Wasser in einer Tiefe zwischen ca. 1.500 und 4.000 Metern, die Temperaturen liegen etwa zwischen 85° und 135° Celsius. Dieser Wärmestrom ist ständig und zuverlässig vorhanden und kann daher unabhängig von Jahreszeiten, Wetter und Klima, Tag und Nacht mit technischen Methoden zur thermischen und elektrischen Energiegewinnung und Wärmeversorgung genutzt werden.
- Das heiße Wasser wird mittels einer Förder- bzw. Injektionsbohrung angezapft. Nach dem Entzug von Wärme mittels Wärmetauscher wird das Wasser durch eine zweite Bohrung (Reinjektions- oder Verpressbohrung) in mindestens 2 km Abstand in dieselbe Schicht zurückgeführt.
- Die Stromerzeugung funktioniert, je nach Anlagentyp, schon bei Temperaturen ab 100° C. Mittels einer Kältemittel-Dampfturbine wird in einer ORC- oder Kalina-Anlage Strom erzeugt und ins Stromnetz eingespeist.
- Bei niedrigeren Wassertemperaturen oder im Anschluss an die Stromerzeugung kann die Wärme mit Wärmetauschern entzogen und in ein Nahwärmenetz eingespeist werden, das öffentliche und private Gebäude mit heißem Brauchwasser und Heizwärme versorgt.
Hier erfahren Sie mehr und wo Sie Förderungen für Erdwärme erhalten.
Tiefengeothermie und Erdwärme
Man unterscheidet die oberflächennahe Geothermie und die Tiefengeothermie. Die oberflächennahe Erdwärme nutzt das Temperaturangebot im Bereich unterhalb der Erdoberfläche bis ca. 400 m insbesondere zum Heizen von Einzelgebäuden in Verbindung mit einer Wärmepumpe und einem Pufferspeicher. Man kann den Untergrund aber auch direkt als Quelle für Klimakälte nutzen und spart dabei aufwendige Kälteerzeugung. Typische Systeme zur Erdwärmegewinnung sind Erdkollektoren, Erdwärmesonden, Erdwärmekörbe, Grundwasserbohrungen oder neuerdings auch erdberührte Betonbauteile, so genannte „Energiepfähle“.
Unendlich viel Energie
Die Energiequelle in tiefen Gesteinschichten, die Tiefengeothermie, liegt entweder in Form von heißem Wasser (hydrothermale Aquifere), als Heißdampf oder als heißes, trockenes Tiefengestein (Hot-Dry-Rock) vor. Die Nutzung der im tieferen Untergrund gespeicherten Erdwärme ist grundsätzlich über zwei Arten möglich:
- Hydrothermale Energiegewinnung (zwei Tiefenbohrungen zur Nutzung von Heißdampf/Heißwasservorkommen)
- Hot-Dry-Rock-(HDR-)Verfahren (petrothermale Geothermie; Erzeugung künstlicher Risse oder Aufweiten natürlicher Rissflächen und Herstellen einer hydraulischen Verbindung zwischen mindestens zwei Bohrungen)
Funktionsprinzip Geothermie
Mit den heute bekannten Ressourcen der hydrothermalen Geothermie könnten etwa 29 Prozent des deutschen Wärmebedarfs gedeckt werden, mit denen der oberflächennahen Geothermie – der Erdwärme – noch einmal etwa 28 Prozent. Unter der Fläche der Bundesrepublik steht soviel Energie zur Verfügung, dass wir uns damit für ca. 10.000 Jahre komplett mit Strom und Wärme versorgen könnten.
Vorteile und Risiken der Tiefengeothermie
Tiefengeothermie ist vor allem für größere Kommunen ab 10.000 Einwohnern und/oder Gemeinden mit gewerblichen Großabnehmern interessant. Es kann sich aber auch lohnen, wenn sich Gemeinden zum gemeinsamen Bau und Betrieb eines Geothermieheizkraftwerks entschließen. So können die Bürger und Gewerbebetriebe permanent, umweltfreundlich und kostengünstig mit Wärme und Strom versorgt werden.
- Die Energie steht ständig zur Verfügung und ist unabhängig von Wind oder Sonnenschein.
- Der Energievorrat ist schier unerschöpflich und strömt aus dem Erdinneren ständig nach. Deshalb wird Geothermie auch als regenerative Energiequelle angesehen.
- Es entsteht kein CO2 im Gegensatz zur Verbrennung von Öl, Gas oder Biomasse.
- Die Betriebskosten sind niedrig, es fallen keine Brennstoffkosten an. Die Erdwärme gibt es gratis.
- Der Flächenbedarf ist klein im Gegensatz zu Solar- und Wasserkraftwerken.
Die potenziellen Risiken beim Bau und Betrieb einer Tiefengeothermie-Anlage sind eher gering:
- Das geologische Risiko, dass die Temperatur und/oder die Ergiebigkeit des Thermalwassers geringer als erwartet sind, lässt sich durch die Auswertung von vorhandenen seismischen Untersuchungen von Erdöl- und Erdgasexplorationsfirmen reduzieren. Des Weiteren sind Stimulierungsmaßnahmen, wie Ablenkung der Bohrung oder Säuerung möglich.
- Das bohrtechnische Risiko einer Havarie der Bohranlage liegt in der Regel beim Bohrkontraktor.
- Die anlagentechnischen Risiken, wie z.B. Gasgefährdung und Korrosion, sind im südbayerischen Molassebecken gering.
Lohnt sich die Tiefengeothermie?
Tiefengeothermie ist nicht billig. Die Investitionskosten für ein Geothermie Heizwerk bzw. Heizkraftwerk liegen inklusive Vorplanungen und Bohrungen im zweistelligen Millionenbereich. Hinzu kommen noch die Kosten für ein Nahwärmenetz. Aber die Investitionen lohnen sich, denn man gewinnt Versorgungssicherheit über Jahrzehnte mit preiswerter Energie– und staatliche Förderungen können ebenfalls in Anspruch genommen werden!
Damit eine Geothermie-Anlage solide finanziert und das Risiko gut verteilt werden kann, ist eine Kooperation der Kommunen mit einem Investor sicher sinnvoll. Dabei sind verschiedene Varianten denkbar: Entweder liegen die Bohrrechte bei der Kommune, dann kann ein Investor für die Bohrung und die Errichtung des Kraftwerks oder für die Finanzierung des Nahwärmenetzes eingebunden werden. Oder ein Investor hält selbst einen Claim und ist vorrangig an der Stromerzeugung interessiert, weil die Stromeinspeisung besonders lukrativ ist, dann braucht er die Kommune als zuständigen Partner für Bau und Betrieb eines Nahwärmenetzes. Der Betrieb einer Geothermieanlage ausschließlich zur Stromerzeugung ist indes Verschwendung von Ressourcen. Die Kommune sollte daher auf jeden Fall frühzeitig ihren Wärmebedarf analysieren und in die Planung und Umsetzung des Nahwärmenetzes einsteigen, um bei Fertigstellung der Bohrung gleich mit der Wärmelieferung beginnen zu können.
Erfolgreiche kommunale Geothermieprojekte wurden bereits u.a. in Erding, München-Riem, Pullach und Unterhaching realisiert, weitere Bohrungen werden derzeit abgeteuft. Etwa 100 Bohrrechte sind in Bayern bereits reserviert und an Kommunen oder Investoren vergeben, die mit dem Bau von Geothermiekraftwerken tätig werden wollen.
Bedeutung der Geothermie in Deutschland
Tiefenunabhängige Übersicht über Gebiete, die für hydrogeothermische Nutzung möglicherweise geeignet sind: Regionen mit Aquiferen, deren Temperatur über 100° C, bzw. über 60° C beträgt; 100° C ist für eine Stromerzeugung, 60° C für die direkte Wärmenutzung erforderlich.
In Deutschland werden 24 größere, hydrothermale Anlagen mit thermischen Leistungen zwischen 100 kW und 20 MW betrieben. Insgesamt sind etwa 128 MWth Leistung installiert.
Die beiden größten Anlagen liegen im bayerischen Erding (9 MW geothermische Leistung, 18 MW Gesamtleistung) und in Simbach am Inn (6-7 MWth bzw. 20 MW), weitere größere Anlagen zur Wärmeerzeugung befinden sich im Bau. In Deutschland sind zudem insgesamt drei Anlagen zur Stromerzeugung aus tiefer Geothermie in Betrieb. Diese Geothermiekraftwerke befinden sich in Neustadt-Glewe (Mecklenburg-Vorpommern, seit 2003), Landau (Rheinland-Pfalz, seit 2007) und Unterhaching (Bayern, seit 2008). In diesen Kraftwerken ist eine elektrische Leistung von zusammen etwa 7,4 Megawatt installiert. Die Anlagen in Neustadt-Glewe und Unterhaching liefern zusätzlich Wärme zu Heizzwecken, in Landau ist eine Wärmelieferung in Vorbereitung. Nach Anschluss der zunächst geplanten Wärmeabnehmer verfügen die drei Anlagen über eine thermische Leistung von insgesamt etwa 51 MW. Die Anlagen könnten schätzungsweise pro Jahr etwa 57 Gigawattstunden Strom erzeugen.
Eine Nutzung hydrothermaler Geothermie erfolgt meist über Fernwärmenetze. Diese erfordern aus wirtschaftlichen Gründen eine hohe, flächenspezifische Wärmenachfrage, wie sie z. B. in Städten gegeben ist. Die ökonomisch günstigsten Voraussetzungen liegen da vor, wo das Thermalwasser für Heilbäder oder Trinkwasser weiterverwendet werden kann und Wärme während des ganzen Jahres benötigt wird.
Quelle: dena
Bedeutung der Geothermie weltweit
In über 60 Ländern existieren Anlagen zur Nutzung der Erdwärme. Auf den Philippinen sowie in El Salvador, Nicaragua, Island, Costa Rica, Kenia und Neuseeland trägt Geothermie bereits zwischen 5 und 20 Prozent zur nationalen Stromerzeugung bei.
Weltweit sind derzeit etwa 17.000 MW in Anlagen zur Wärmegewinnung sowie geothermische Kraftwerke mit einer elektrischen Leistung von ca. 8.000 MW installiert. Zum Vergleich: Die installierte Leistung der 36 Braunkohlekraftwerke zwischen Köln und Aachen beträgt ca. 10.000 MW.
Geothermie ist eine zukunftsweisende Technik zur Nutzung der erneuerbaren Energiequellen, die nicht von der Sonneneinstrahlung abhängt. Eine geothermische Anlage liefert unabhängig von Tages- und Jahreszeiten über lange Jahre Wärme oder Strom.
Geothermische Energie steht – gemessen am menschlichen Energiebedarf – in unbegrenzten Mengen zur Verfügung. Die Erforschung und Weiterentwicklung der technischen Potenziale hin zu wirtschaftlichen Lösungen der Erzeugung und Versorgung ist daher ein lohnender Ansatz und wichtige Herausforderung für eine klimafreundliche und sichere Energiezukunft.