Geothermische Energie

GEOTHERMISCHE ENERGIE

von Stefan Seifert

Gliederung  Allgemeines zur Geothermie

 Verschieden Arten der Geothermie  Oberflächennahe Geothermie Tiefe Geothermie  Modell Island  Quellen 2

Allgemeines  Geothermie (Erdwärme)  die im zugänglichen Erdmantel gespeicherte Wärme  Kann als regenerative Energiequelle direkt oder

indirekt genutzt werden  Beeindruckende geothermische Phänomene rund um den Globus (Island, Hawaii, Philippinen,….)

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 Schon von den Römern in Thermalbädern

genutzt

WOHER??

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Aufbau der Erde Die Erde ist im Inneren warm! Sie strahlt über ihre Oberfläche Energie ab (0.063 W/m2)

Bis 10km Tiefe sind ca. 1026 Joule gespeichert (100 Quadrillionen Joule!!!) 210.000 fache des Primärenergieverbrauchs 2004 5

Ursachen der Erdwärme 1. Gespeicherte Energie aus der Entstehungszeit der Erde; dazu zählt auch Kristallisationswärme aus dem Phasenübergang flüssig  fest (ca. 50% des Wärmestroms)

2. Wärme durch Radioaktive Prozesse im Erdinneren; Zerfall radioaktiver Elemente wie etwa Uran und Thorium (ca. 50% des Wärmestroms) 3. Oberflächennahe Wärme durch Sonneneinstrahlung 6

Geothermische Tiefenstufe  = Steigung der

Temperaturkurve  Ca. alle 33m steigt die Temperatur um 1 K  Essentiell für die Planung geothermischer Anlagen  Allerdings: Große regionale Abweichungen 7

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Geothermische Tiefenstufe  = Steigung der

Temperaturkurve  Ca. alle 33m steigt die Temperatur um 1 K  Essentiell für die Planung geothermischer Anlagen  Allerdings: Große regionale Abweichungen 9

Die oberflächennahe Geothermie  In den oberen Erdschichten (bis etwa 10m)

nahezu konstante Temperatur (entspricht nahezu Jahresmitteltemperatur in Deutschland; 7-10°C)  Zu niedrig für direkte Nutzung  > Wärmepumpen nötig

 Wärme direkt mittels Grundwasser oder indirekt über Erdsonden zur Wärmepumpe geführt 10

Die Wärmepumpe  Wärme wird von einem niedrigerem Temperaturniveau zu einem höheren Temperaturniveau „gepumpt“

 Wärme fließt nur von warm nach kalt?  > Arbeit nötig!! Gute Wärmepumpe benötig ein Viertel der Wärmemenge die angehoben werden soll als Energie für die zu verrichtende Arbeit

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Schema einer Wärmepumpe

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Einsatz in Häusern

Zurzeit in ca. 115.000 Haushalten eingesetzt!! Ca. 2TW Wärme

Horizontale Anordnung Fläche abhängig von gewünschter Leistung

Vertikale Anordnung Bis zu 100m tief 13

Fazit zur oberflächennahen Geothermie  Großes Potential zum Heizen und Kühlen (Umkehrung der Wärmepumpe) überall möglich  Bis zu 60% Engergieeineinsparung gegenüber herkömmlichen Heizungen  Optimal in Kombination mit einer Solaranlage  Regeneration der gespeicherten Wärme im Sommer  Allerdings: Hohe Anschaffungskosten (bis zu 8500€ für die Anlange und 5500€ für die Erschließung)  Subventionen und günstige Kredite (KfW) 14

Die Tiefe Geothemie  Bohrlöcher bis ca. 6000m

 Temperaturen von bis zu 200°C  Bei allen Systemen dient Wasser zur Wärmeübertragung  3 verschiedene Systeme, abhängig von der Bodenbeschaffenheit 1. Hydrothermale Systeme 2. Petrothermale Systeme 3. Erdsonden

 Nicht überall möglich (Geologische

Bedingungen) 15

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Übersichtskarte Deutschland

Hydrothermale Systeme  In der Tiefe sind große Vorräte von warmen

Wasser vorhanden  Aquifere  Dieses Wasser muss lediglich über eine Bohrung zu einem Wärmetauscher gefördert werden  Anschließend wird das Wasser reinjiziert

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Skizze hydrothermales System Die Wärme kann in ein Fernwärmenetz eingespeist werden und zur Stromerzeugung genutzt werden Kraftwärmekopplung Wirtschaftlichkeit abhängig von Temperatur und maximal möglicher Durchflussmenge

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Beispiel hydrothermales System  Landau (seit 2007)  Zwei ca. 3000m tiefe Bohrung  160°C Wassertemperatur  3MW elektrische Leistung  (OCR Kraftwerk)

 6-8MW Wärmeleistung

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Wärme Potential durch hydrothermale Systeme  Ca. der 100fache Bedarf an Jahreswärme ist

technisch realisierbar  PROBLEM: Wärme lässt sich schlecht über größere Strecken transportieren Nur etwa ein Viertel des Jahresbedarfs an Wärme könnte durch hydrothermale Systeme gedeckt werden

 Wärmenutzung wieder Standortabhängig 20

Petrothermale Systeme  Kristallines, heißes Gestein in der Tiefe ( Hot-Dry-Rock)  In der Tiefe wird durch Druck oder Säure ein Netz

von Rissen erzeugt (Stimulation)  Durch dieses Netz wird Wasser aus einer Injektionsbohrung zu einer Förderbohrung gedrückt  Das Wasser entnimmt die Wärme aus dem Gestein  Problem: Gefahr von Erdbeben, Destabilisierung des Untergrundes 21

Deep Heat Mining Basel  Start 2005 mit Explorationsbohrung auf  

 

2700m Ziel: 200°C heißes Wasser wie in einem Durchlauferhitzer (in ca. 5000m Tiefe) Am 8. Dezember sollte durch Druck die Durchlässigkeit des Gesteins erhöht werden Am selben Tag kam es zu einem Beben der Stärke 3,4 auf der Richterskala Projekt gestoppt, bis heute Diskussion über Fortsetzung 22

Wärmepotential Petrothermaler Systeme  Keine Prozesswärme, lediglich zu wärmen von Wohnungen und Anlagen nutzbar  Theoretisch bis zu 1200 Exajoule pro Jahr  Aber: Tiefe durch ökonomische Überlegungen

begrenzt (~3000m)  Hindernisse durch Infrastruktur Nähe zum Abnehmer  2 Exajoule pro Jahr möglich (2*10^18J/a=63,42GW)  Kleine Rechnung:

63,42 GW / 4MW pro Anlage = 15955 Anlagen 23

Elektrisches Potential tiefer Geothermie Eingeschlossene Fläche = Nutzbare Wärmemenge Rot: Konventionelles Kraftwerk Grün: Geothermie Kraftwerk PROBLEM: Wasser nicht geeignet für solch niedrige Temperaturen (