Oberflächennahe Geothermie
Geothermie und ihre Bedeutung für die Energieversorgung der Zukunft
Die Erde ist ein riesiger Energieproduzent und –speicher. Rund 60 % der Wärme im Erdinneren, so wird eingeschätzt, entstehen durch den radioaktiven Zerfallsprozess und ca. 40 % sind Restwärme aus der Zeit der Erdentstehung. Ute Büchner behauptet, dass vielfältige Energieprobleme der Zukunft gelöst werden können, wenn es uns gelingt, diese Wärme nutzbar zu machen.
Die kontinuierliche Verfügbarkeit von ausreichender Energie ist einer der entscheidenden Wirtschaftsfaktoren der Zukunft. Aufgrund des rasant wachsenden Weltenergiebedarfs, der abnehmenden Verfügbarkeit fossiler Brennstoffe, des wachsenden Umweltbewusstseins für den Schutz der Erdatmosphäre und unserer Lebensgrundlagen sowie auch aus ökonomischen Gesichtspunkten stieg die Nachfrage nach „Energieeffizienz“ und „erneuerbaren Energien“, damit auch der Geothermie, in den letzten Jahren stetig an. Vorteile der Geothermie im Vergleich zu anderen regenerativen Energiequellen sind ihre ständige uneingeschränkte Verfügbarkeit und das enorme Ausbaupotenzial.
Entwicklungspotenzial Geothermie
Trotz immer knapper werdender Ressourcen und gleichzeitig steigender Nachfrage nach herkömmlichen Energieträgern kommen weltweit erst 18 % erneuerbare Energien zum Einsatz [1]. Davon wiederum deckt nur ein Bruchteil, nämlich 0,1 %, geothermische Anlagen unter Nutzung von Erdwärme ab. In Deutschland gibt es daher ein erhebliches Wachstumspotenzial auf diesem Sektor: Mit 9,5 % hat sich der Einsatz erneuerbarer Energien 2008 gegenüber 2004 nahezu verdreifacht. Dabei kommt die Erdwärmenutzung derzeit in ca. 4,2 % der deutschen Haushalte (2008: ca. 150.000 Wärmepumpen) zum Einsatz. Der Gesamtumsatz der Geothermie-Branche (Betrieb und Neuinvestitionen) lag 2008 bei 1,1 Mrd. Euro. Die Zahl der Beschäftigten verdoppelte sich im Jahr 2007 von 4.500 auf 9.100 Beschäftigte im Jahr 2008, wobei neben der Tiefengeothermie für Großkraftwerke die oberflächennahe Geothermie für die Nutzung im Ein- und Mehrfamilienhausbereich oder in mittelständischen Betrieben eine wachsende Rolle spielt [2].
Unterscheidung Tiefengeothermie/oberflächennahe Geothermie
Bei der Geothermienutzung unterscheidet man in oberflächennahe Geothermie und Tiefengeothermie. Als Tiefengeothermie bezeichnet man die Erdwärmegewinnung in Tiefen zwischen 400 und 5.000 Metern. Im Vergleich zur oberflächennahen Geothermie sind dort die Temperaturen weitaus höher. Aufgrund der höheren Temperaturen kann diese Energie neben der Wärmeversorgung auch zur Stromerzeugung genutzt werden. Ab einer Temperatur von etwa 90 Grad Celsius ist eine wirtschaftliche Stromerzeugung derzeit möglich. Die Stromerzeugung auf Geothermiebasis steht in Deutschland noch am Anfang. Bis heute sind erst drei Anlagen in Neustadt-Glewe, Landau und Unterhaching in Betrieb. Grund dafür ist auch, dass diese hohen, zur Stromerzeugung erforderlichen Temperaturen in manchen Gebieten erst in sehr großen Tiefen >4000 m erreicht werden, wodurch die Erschließungs- und Investitionskosten bei großem Risiko sehr hoch sind.
Verfahren zur oberflächennahen Erdwärmenutzung
Für die Erschließung der oberflächennahen Erdwärme haben sich verschiedene Verfahren etabliert, die nahezu an jedem Standort eine Nutzung für Heiz- oder auch Kühlzwecke mittels der regenerativen Energiequelle Erdreich zulassen.
Eine sehr effiziente Form der Energiegewinnung ist die direkte Nutzung des oberflächennahen Grundwassers. Mittels so genannter Grundwasserdubletten (Saug- und Schluckbrunnen) wird das Grundwasser an die Oberfläche gepumpt, diesem Grundwasser wird Wärme entzogen und anschließend wird das Wasser über den Schluckbrunnen in demselben Grundwasserleiter zurückgeführt. Dieses Verfahren ist aufgrund des Schutzes unserer Grundwasserreserven nur begrenzt und in ausgewählten Gebieten anwendbar.
Als eine Alternative zu der oben genannten Erdwärmeerschließung gelten die Erdwärmekollektoren. Die Leitungen werden bei entsprechend vorliegender Flächengröße in einer frostfreien Tiefe von 1,20 bis 1,80 m in horizontalen Abständen von 50 bis 80 cm als Rohrregister (analog zu einer Fußbodenheizung) eingebracht. Hierbei wird durchschnittlich das Doppelte an Kollektorfläche als die zu beheizende Nutzfläche benötigt. Bei eingeschränkten Platzverhältnissen können auch so genannte Grabenkollektoren als Wärmetauschersysteme zur Anwendung gelangen.
Das am weitesten verbreitete Verfahren der oberflächennahen Erdwärmegewinnung sind aber die Erdwärmesonden. Dies sind vertikal in den Boden (Bohrloch) eingebrachte Wärmeübertrager, die zumeist als Doppel-U-Rohr-Sonden – so genannte Duplex-Sonden – ausgeführt sind. Diese können sowohl als Einzelsonden als auch als Mehrsondenanlagen erstellt werden. Die Längen variieren in Abhängigkeit von der Beschaffenheit des Gesteins, von der realisierbaren Bohrteufe und vom Zweck der Nutzung (i.d.R. 50 bis 180 m). Als Wärmeträgermittel kommt hier Wasser, in den meisten Fällen jedoch Sole zur Anwendung.
Aber auch Direktverdampfersysteme haben sich inzwischen auf dem Marktbewährt. Die hier zum Einsatz kommenden Koaxialsonden sind mit einem Kältemitteldampf gefüllt. Der Dampf wird durch Energieabgabe am Sondenkopf an den Wärmepumpenkreislauf oben verflüssigt. Das Kondensat läuft an der Innenseite des Stahlrohres dann in einem dünnen Film nach unten und wird hier durch die Erdwärme verdampft. In diesem geschlossenen System wird die gewonnene Energie (Dampf) ohne Verluste und ohne zusätzliche Fremdenergie im gleichen Rohr nach oben gefördert. Eine Umwälzpumpe ist in diesem Sondenkreislauf nicht erforderlich. Verschiedene Kältemittel (z.B. Amoniak, CO2) werden hier als Wärmeträgermittel eingesetzt.
ute.buechner@fitr.de
|
>
Oberflächennahe Geothermie
