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Weshalb Geothermie?

  • Verlässlichkeit: Geothermiekraftwerke produzieren grundlastfähigen Strom 24 Stunden pro Tag, 7 Tage die Woche an 365 Tagen im Jahr, unabhängig von Windstärke oder Sonnenschein.
  • Vielseitigkeit: Geothermische Energie kann einerseits zur Stromproduktion in Grosskraftwerken verwendet werden, andererseits aber auch direkt genutzt werden um z.B. Gewächshäuser zu beheizen, Gehwege zu enteisen oder landwirtschaftliche Produkte zu dehydrieren.
  • Niedrige Umweltbelastung: Geothermiekraftwerke stossen weniger umweltbelastende Abgase aus als Kraftwerke welche mit fossilen Brennstoffen betrieben werden. Zudem beanspruchen Geothermiekraftwerke weniger Landfläche per Megawatt produziertem Strom als andere erneuerbare Energiequellen.
  • Fördert Wirtschaftswachstum: Geothermieprojekte bringen neue Arbeitsplätze und Wirtschaftswachstum mit sich da in lokale Projekte investiert wird und nicht in ausländische Brennstoffe.
  • Schutz und Reduzierte Nachfrage: Die direkte Nutzung geothermischer Energie und der Einsatz von Wärmepumpen reduziert die Energienachfrage und unterstützt damit den Erhalt fossiler Brennstoffe.
  • Vorteile für Entwicklungsländer: Geothermieprojekte helfen dabei die Lebensbedingungen in ländlichen Gebieten zu verbessern indem Elektrizität zur Verfügung gestellt wird und die lokale Wirtschaft gefördert wird, da der Strom vor Ort produziert wird.
  • Breit verfügbarer Energiequelle: Erdwärme ist weltweit vorhanden. In allen 50 U.S. Bundesstaaten wird geothermische Energie genutzt, sei es zur Stromerzeugung, zur direkten Nutzung oder in Form von Wärmepumpen. Es hängt hauptsächlich von der sich entwickelnden Technologie ab mit welcher die Energiequelle wirtschaftlich sinnvoll gefördert werden kann.

Was ist Geothermie?

Geothermische Energie ist Wärme (thermie) aus dem Erdinneren (geo)

Geothermie ist die thermische Energie welche in den Gesteinen der Erdkruste und den Fluiden, welche in den Rissen und Poren durch das Gestein fliessen, enthalten ist.

Berechnungen zeigen, dass die Erde bereits vor tausenden von Jahren komplett erkaltet wäre, würde sie nebst der Energiezufuhr durch Sonnenstrahlen nicht noch andere Wärmequellen haben. Es wird angenommen, dass der Ursprung der geothermischen Energie der Erde vom Radioaktiven Zerfall herrührt, welcher tief im Erdinneren stattfindet (Übersetzt aus Burkland 1973).

In weiten Teilen der Erde erreicht die Wärme aus dem Erdinneren die Erdoberfläche eher diffus. Aufgrund geologischer Prozesse sind geothermische Quellen jedoch an einigen Orten nahe der Erdoberfläche zu finden. Die Karte im Link unten zeigt, wo in Europa solche untiefe geothermische Quellen vermutet werden (<10m). Die roten Flächen zeigen erhöhte Wärmeleitfähigkeitswerte der Erdoberfläche an.

Genauere Informationen zum Potential und der Nutzung von Geothermie in Europa (mit Fokus auf die EU) kann hier nachgelesen werden: http://publications.jrc.ec.europa.eu/repository/bitstream/JRC93338/jrc%20geothermal%20report_final.pdf

Die Verwendung dieser Energie aus dem Erdinneren hängt massgeblich von der Temperatur der Quelle ab. Quellen mit sehr hohen Temperaturen werden normalerweise zur Produktion von elektrischem Strom gebraucht. Die gesamte installierte Kapazität in Europa beläuft sich zurzeit auf mehr als 2 Gigawatt (GWe), was wiederum in einer Produktion von 12 Terawattstunden (TWh) Strom resultiert. Insgesamt sind in Europa 77 Geothermiekraftwerke in Betrieb, 51 davon im EU-28 Raum. (EGEC Market Report Update 2014)

Mehr Informationen zum Thema können hier nachgelesen werden (Bericht in Englisch): http://egec.info/wp-content/uploads/2011/03/EGEC-Market-Report-Update-ONLINE.pdf

Quelle: EGS, Inc.

Mit zunehmender Tiefe steigt die Temperatur im Erdinneren an. Der durchschnittliche Temperaturgradient der Erde beträgt ungefähr 30°C pro Kilometer. An Orten mit erhöhten Temperaturgradienten steigt die Temperatur jedoch schneller an.
Wenn der Temperaturgradient zwischen 50 und 100°C pro Kilometer liegt, ist geothermische Energie eher und leichter zugänglich (siehe obige Figur).

  • Oberhalb von 20°C können geothermale Wässer direkt zum Heizen von z.B. Gewächshäusern oder Aquakulturen genutzt werden oder zur Fernwärme dienen.
  • Wenn die Wassertemperaturen 75°C übersteigen, kann Strom mit Hilfe von Binär-Kreisläufen  generiert werden (Organic-Rankine-Cycle-Anlagen (ORC), Kalina-Verfahren). http://turboden.eu/de/public/downloads/Scheda%20Geotermia%20-%20TED.pdf
  • Wassertemperaturen oberhalb von 160°C werden zur Stromproduktion mittels „Flash Steam“- Technologie verwendet. Dies erzeugt sauberen, erneuerbaren Strom.

Mit verbesserten Bohrtechnologien können geothermische Quellen auch in tieferen Teilen der Erde erreicht werden.


Geothermiekraftwerke

Geothermiekraftwerke verwenden hydrothermale Quellen, welche zwei Bestandteile aufweisen: Wasser (hydro) und Wärme (thermie). Geothermiekraftwerke benötigen für die Stromproduktion enorm hohe Wassertemperaturen von zwischen 150°C und 370°C. Die Fluide entstammen entweder „Dry Steam“ - oder Heisswasser-Bohrlöchern. Indem tiefe Bohrungen abgeteuft werden, können diese heissen Wässer oder Dämpfe an die Oberfläche transportiert werden. Geothermiebohrungen erreichen normalerweise eine Tiefe von 1 bis 3 Kilometer.

Wie funktioniert ein Geothermiekraftwerk?


https://www.youtube.com/watch?v=-jMwbTtNQhQ (Generell und Binärer Kreislauf)

Es existieren drei verschiedene Typen von Geothermiekraftwerken:

  • Dry Steam“ resp. Trockendampf: Diese verwenden Dampf, welcher direkt aus dem Reservoir an die Oberfläche transportiert wird um die Turbinen eines Generators anzutreiben. Dies ist der Typ Kraftwerk welcher bereits 1904 in der Toskana in Italien zur Stromproduktion eigesetzt wurde und somit das weitaus älteste Verfahren ist.
  • Das „Flash Steam“ Verfahren verwendet heisses Wasser, welches sich unter hohem Druck befindet,  um es in Dampf umzuwandeln und diesen dann zum Antrieb der Turbinen zu verwenden. Dabei kühlt sich der Dampf wieder ab, kondensiert in Wasser und kann wieder in den Untergrund injiziert werden um wiederverwendet zu werden. Die meisten der existierenden geothermischen Kraftwerke basieren auf diesem Prinzip.
  • Binary Cycle Geothermie Kraftwerke (GKW) übertragen die Wärme aus geothermischen Fluiden auf andere Fluide. Die Wärme verursacht eine Umwandlung der zweiten Flüssigkeit in Dampf, welcher wiederum die Turbinen des Generators antreibt. Mehr dazu: http://www.geothermie.de/wissenswelt/glossar-lexikon/b/binary-cycle.html

Ressourcen mit tiefen oder mässigen Temperaturen können für zweierlei Zwecke verwendet werden: Direkte Verwendung oder für Wärmepumpen

Direkt: Wie der Name bereits andeutet wird die im Wasser enthaltene Wärme direkt (ohne Wärmepumpe oder Kraftwerk) für Sachen wie z.B. zum Heizen vom Gebäuden verwendet, für industrielle Prozesse, zum Beheizen von Gewächshäusern oder für Aquakulturen oder für Wellness. Projekte welche die geothermische Energie direkt verwenden, benötigen Wassertemperaturen zwischen 38°C und 150°C.

Zahlen und Fakten zur direkten Nutzung in Deutschland, Österreich und der Schweiz finden Sie hier:

Geothermische Wärmepumpen: Diese verwenden die Erde oder das Grundwasser als Wärmelieferant im Winter und Wärmespeicher im Sommer. Die Temperaturen der Ressourcen (Wasser oder Erde) schwanken zwischen 4°C im Winter und 38°C im Sommer, wobei die Wärmpumpe im Winter die Wärme aus dem Boden ins Haus überträgt und diese im Sommer vom Haus zurück in den Boden transportiert.


Weitere Informationen zum Thema Geothermie:

Energie aus der Erde - https://www.youtube.com/watch?v=5ppZDcUT2Tw
Geothermie - https://www.youtube.com/channel/UCZWvKbGq7dTZkLmKdLO3diQ
Woher kommt die Erdwärme? - https://www.youtube.com/watch?v=v-EJOL3Xajw
Wie funktioniert ein Geothermiekraftwerk? - https://www.youtube.com/watch?v=-jMwbTtNQhQ


Literaturliste

(aus GRC Library - www.geothermal-library.org):

Artikel über Deutschland und Geothermie:

Geothermal Energy Use in Germany – Country Update

https://pangea.stanford.edu/ERE/db/WGC/papers/WGC/2015/01045.pdf

2015

Development of Geothermal District Heating in Germany

https://www.geothermal-library.org/index.php?mode=pubs&action=view&record=1033535

2014

Geothermal Art in the N-German Sedimentary Basin: Grafting EGS with Aquifers

https://www.geothermal-library.org/index.php?mode=pubs&action=view&record=1030686

2013

Overcoming Drilling Challenges with Rotary Steerable Technology in Deep Geothermal Wells in the Molasse Basin of Southern Germany

https://www.geothermal-library.org/index.php?mode=pubs&action=view&record=1030225

2012

Induced Seismicity- A Challenge for Geothermal Project Development in Germany

https://www.geothermal-library.org/index.php?mode=pubs&action=view&record=1028660

2010

Exploration Strategy for a Deep EGS Development in Crystalline Rocks (Germany)

https://www.geothermal-library.org/index.php?mode=pubs&action=view&record=1028667

2010


Artikel über die Schweiz und Geothermie:

Correlation between the Coulomb Stress and Occurrence of the Large Induced Seismicity at Basel, Switzerland in 2006

https://www.geothermal-library.org/index.php?mode=pubs&action=view&record=1030274

2012

Reflection Imaging of EGS Reservoirs at Soultz and Basel using Microseismic Multiplets as a Source

https://www.geothermal-library.org/index.php?mode=pubs&action=view&record=1029255

2011

Identification of Fracture Orientation for Large Induced Seismicity Recorded at Basel, Switzerland

https://www.geothermal-library.org/index.php?mode=pubs&action=view&record=1029282

2011

Estimation of Source Parameter of Microseismic Events with Large Magnitude Collected at Basel, Switzerland

https://www.geothermal-library.org/index.php?mode=pubs&action=view&record=1028679

2010

Geothermal use of Warm Tunnel Waters – Principles and Examples from Switzerland

https://www.geothermal-library.org/index.php?mode=pubs&action=view&record=1028767

2010


Artikel über Österreich und Geothermie:

Design Parameter Acquisition of an Underground Heat Storage and Extraction System – A Deep BHE Array in a Karstic Alpine Marble Aquifer for 1 GWh Power

https://www.geothermal-library.org/index.php?mode=pubs&action=view&record=8019129

2013

Austria – Country Update

https://www.geothermal-library.org/index.php?mode=pubs&action=view&record=8005826

2010

Geothermal Adaption of Abandoned Hydrocarbon Infrastructure – An Option for the Oil Industry to Extend Reservoir Utilization into the Area of Renewable Energy

https://www.geothermal-library.org/index.php?mode=pubs&action=view&record=8006794

2010


Thanks to GRC Intern Linda Wymann for producing this web-page.

Please contact lpwymann(at)gmail.com for comments and feedback

Linda Patricia Wymann
Linda is currently working as an intern at the GRC to broaden her knowledge about the geothermal industry worldwide. Previously, she interned at EGS, Inc. and Capuano Engineering Company in Santa Rosa, CA to get a first introduction to the geothermal sector in the United States.

Linda graduated from ETH in Zürich, Switzerland in 2013 and holds a master’s degree in Engineering Geology. She is looking for a job in the industry starting this July.

You can find her resume on Linkedin......