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Geothermie ist die Wärmeenergie, die unter der festen Erdoberfläche gespeichert ist. Deshalb werden sie auch als Geothermie bezeichnet.
30% des Energieflusses, der zur Erdoberfläche aufsteigt, kommt aus dem heißen Kern der Erde selbst. 70% werden jedoch durch den ständigen Zerfall natürlicher radioaktiver Elemente im Erdmantel und in der Erdkruste verursacht. Jeden Tag liefert die Erde etwa viermal mehr Energie in den Weltraum, als wir Menschen derzeit verbrauchen. Dies wird auch in zwei bis drei Milliarden Jahren noch der Fall sein, vorausgesetzt, die Sonne stirbt nicht. Die gespeicherte Erdwärme ist daher für unsere Maßstäbe unerschöpflich. Sie ist immer verfügbar und hängt nicht von der Tageszeit, der Jahreszeit oder dem Klima ab. Dank der heutigen Technologie ist es möglich, diese umweltfreundliche und klimafreundliche Energiequelle praktisch überall einzusetzen. Die Geothermie ist daher eine der am weitesten verbreiteten erneuerbaren Energiequellen. Je tiefer man in das Innere der Erde eindringt, desto wärmer wird es. Hier in Mitteleuropa steigt die Temperatur um ca. 3°C pro 100m Tiefe. Nach heutigem Kenntnisstand liegen die Temperaturen im obersten Erdmantel bei etwa 1300°C, im Erdkern dürften sie 5000- 6000°C erreichen. Direkt an der Erdoberfläche werden die Temperaturen fast ausschließlich von der Sonne bestimmt. Da der Boden die Wärme schlecht leitet, i
st spätestens nach 20 Metern Tiefe kein Sonneneinfluss zu erkennen. Vergleicht man die bis zu 3000m gespeicherte Geothermie mit dem Weltenergieverbrauch, muss man sich keine Sorgen mehr um Energieprobleme machen. Die im oberflächennahen Bereich gespeicherte Energie (bezogen auf die aktuellen bohrtechnischen Möglichkeiten) reicht aus, um den Energiebedarf der Menschheit für die nächsten 100.000 Jahre zu decken.
Aber nur ein Teil der gespeicherten Wärme kann tatsächlich genutzt werden und 85 % der Erdwärme im erreichbaren Tiefenbereich haben Speichertemperaturen von nur weniger als 100 °C. Und obwohl mindestens 40% des weltweiten Energieverbrauchs im letztgenannten Bereich liegen, ist es möglich, ihn zu nutzen und wo gleichzeitig entsprechende lokale Kunden verfügbar sind, die damit etwas anfangen können. Will man diese Geothermie für die menschliche Versorgung nutzen, nutzt man in der Regel nicht den ständig fließenden Wärmestrom, sondern das viel höhere Potenzial der im Gestein oder in Flüssigkeiten (Wasser oder Dampf) gespeicherten Erdwärme. Es gibt viele Möglichkeiten, die Energieversorgung der Erde in Wärme und/oder Strom umzuwandeln. Um Wärme aus dem Untergrund zu gewinnen, benötigen Sie in der Regel ein Transportmittel, das Flüssigkeit, Dampf, Wasser , Sole….. Die Nutzungsarten lassen sich danach unterscheiden, ob das Fluid bereits im Untergrund vorhanden ist oder künstlich eingebracht werden muss. In vulkanischen Regionen werden beispielsweise Dampf- oder Heißwasserlagerstätten genutzt. Sie produzieren auch Strom und Wärme aus heißem, trockenem Gestein. Die Grundlagen dieser Technologie sind entwickelt, ein Pilotkraftwerk wurde in Neustadt-Glewe (Neustadt-Glewe ist eine deutsche Stadt, in Mecklenburg-Vorpommern, im Landkreis Ludwigslust-Parchim), Mecklenburg zum Beispiel gebaut. Der Hot Dry Rock (Ein verbessertes geothermisches System erzeugt geothermischen Strom ohne natürliche konvektive hydrothermale Ressourcen) Prozess Wir haben keine Dampf- oder Heißwasserlagerstätten in Mitteleuropa. Aber auch hier ist der Untergrund heiß genug. Um Temperaturen zu erreichen, die für die Stromerzeugung geeignet sind, muss man nur tief genug bohren. Solche Forschungsanstrengungen wurden und werden hauptsächlich in Japan , den USA und der Europäischen Union durchgeführt. Das Grundkonzept klingt einfach: – Entwicklung des vorhandenen heißen Gesteins in der Tiefe über Bohrungen – Aufbrechen/Erweiterung der Strömungswege durch Wasserdruck zwischen den Bohrungen – dadurch entsteht eine Art Untergrundwärmetauscher – in diesem von oben eingepressten Wasser erwärmt sich, wird wieder aufgeheizt und treibt eine Turbine an – die Zirkulation im HDR-System erfolgt in einem geschlossenen Kreislauf – dies ist sehr unter Druck das Sieden der Wärmeträgerflüssigkeit wird verhindert Dampf wird nur an der Turbine erzeugt HDR-Kraftwerke sind mit ca. 20-50 MW installierte Leistung relativ kleine, saubere und umweltfreundliche Kraftwerke . Darüber hinaus benötigen sie wie alle geothermischen (Geothermie ist Strom aus Erdwärme) Anlagen wenig Platz: Der wichtigste Teil ist unter der Erde. 2.2 Hydrothermale (Warmwasser-)Systeme – Hochtemperatursysteme: Hochdruckwasserzonen, Dampfsysteme, Heißwassersysteme, Niedertemperaturversorgung: Aquifere mit heißen (> 100 °C) oder warmen (40 – 100 °C) oder Niedertemperatur-Wasser (25-40 °C) Wärmequellen (> 20 °C) hydrothermale Geothermie nutzt das im Untergrund natürlich vorkommende Thermalwasser zur Versorgung von größeren Siedlungen, ganzen Städten, Gewerbe- und Industriegebieten.
Die Ressourcen in den Grundwasserleitern sind oft sehr salzig, d.h. stark mineralisiert. Um ein allmähliches Entleeren des Speichers zu verhindern, werden solche Systeme im Duplikatbetrieb betrieben: B. von Salzlösungen 110 Trocknung von Zementplatten 100 Trocknung von organischem Material (z.B. Es ist aber auch möglich, den Untergrund direkt als Kältequelle für die Klimatisierung zu nutzen und dadurch teure Kälteerzeugung zu sparen. Auch in kleinen und mittleren dezentralen Systemen zur Bereitstellung von Wärmeenergie und Klimatisierung für Ein- oder Mehrfamilienhäuser, Mehrfamilienhäuser, Gebäudekomplexe, Gebäudekomplexe, öffentliche Gebäude, Verwaltungen, Krankenhäuser, Schulen, Gewerbebetriebe etc. steht dafür ein breites Anwendungsspektrum zur Verfügung. – am weitesten verbreitete Anlagentypen in Mittel- und Nordeuropa – geringer Flächenbedarf – gleichbleibendes Temperaturniveau – vertikale oder geneigte Bohrungen werden in Rohren installiert – eine Wärmeträgerflüssigkeit zirkuliert in ihnen – diese nimmt Wärme aus dem umgebenden Erdreich auf und leitet sie an die Wärmepumpe weiter – Einsatz in Anlagen unterschiedlicher Größe (beginnend mit einer oder zwei Sonden zur Beheizung von kleinen Wohngebäuden bis hin zu Systemen zur Versorgung von Büro- und Geschäftsgebäuden, ganzen Wohnanlagen, Betonbauteile mit Bodenkontakt, Energiepfähle: – vor allem in Österreich in den letzten Jahren zu funktionierenden Heiz- und Kühlsystemen entwickelt – Name Energiepfahl ergibt sich aus der Verwendung von Gründungspfählen zu Heizzwecken – grundsätzlich kann jede erdberührte Betonfläche ausgestattet werden – Ein Werk befindet sich in Deutschland , andere in der Schweiz . In Prenzlau (Brandenburg) wurde ein alter Brunnen weiter vertieft. Heute liefert sie rund 400 Kilowatt Wärme für das städtische Fernwärmenetz. Geeignet sind auch alte Minen und neue Tunnel für Straßen und Eisenbahnen. Die geothermischen Ressourcen in Deutschland sind naturgemäß in Gebieten mit geothermischen Anomalien konzentriert. Gebiete mit solchen Flächen gibt es in der Norddeutschen Tiefebene zwischen der polnischen und der niederländischen Grenze, im Oberrheintal und in Süddeutschland zwischen Donau und Alpen. Grundsätzlich kann jedoch unabhängig von solchen Anomalien überall mit Erdkollektoren und Wärmepumpen geheizt und gekühlt werden. In Deutschland wurden 1999 fast 400 MWth in Geothermieanlagen installiert. Mit den damals bekannten Ressourcen der hydrothermalen Geothermie könnten etwa 29% des deutschen Wärmebedarfs und mit oberflächennaher Geothermie etwa 28% abgedeckt werden. Im Tiefenbereich zwischen 3000 – 7000 m steht für das Hot-Dry-Rock-Verfahren unter der Oberfläche der Bundesrepublik Deutschland so viel Energie zur Verfügung, dass wir uns damit für ca. 10.000 Jahre vollständig mit Strom und Wärme versorgen konnten. 3.1.1.1 Großflächiger Einsatz In Deutschland sind heute fast ausschließlich hydrothermale Systeme geplant.
Eine Tiefengeothermie-Sonde in Erding (Bayern) mit der Nutzung einer einzigen Bohrung ist seit Jahren erfolgreich in Betrieb. In den Pilotprojekten in Bad Urach und Soultz-sous-Forets im Elsass werden HDR-Methoden getestet. Der Organic Rankine Cycle (Der Organic Rankine Cycle wird nach der Verwendung eines organischen, hochmolekularen Fluids mit einer Flüssig-Dampf-Phasenänderung oder einem Siedepunkt benannt, der bei einer niedrigeren Temperatur als die Wasser-Dampf-Phasenänderung auftritt) wird hauptsächlich zur Stromerzeugung aus geothermischer Energie verwendet (Turbinen werden beispielsweise mit Ammoniakdampf betrieben). ORC- Anlage: – Turbine mit 2 Kreisläufen – Die Turbine wird mit Arbeitsfluid angetrieben, das bereits bei niedrigen Temperaturen verdampft – über Wärmetauscher absorbiert dieses Fluid thermische Energie (z.B. × × Es gibt jedoch Erfahrungen, viele Anbieter und erste Anwendungen. In einigen Gemeinden (z.B. in Ettlingen, BW und in Duisburg, NRW) wurden Arbeiten eingeleitet, die zu lokalen Geothermiekarten führen sollen, was eine wichtige Planungsvoraussetzung ist. Grundsätzlich können alle Methoden der oberflächennahen Geothermie auch in der Gebäudetechnik eingesetzt werden. Unter normalen tektonischen Bedingungen besteht ein geothermisches Haussystem aus Erdkollektoren und einer Wärmepumpe (Eine Wärmepumpe ist ein Gerät, das Wärmeenergie von einer Wärmequelle an einen Bestimmungsort, den sogenannten “Kühlkörper”, überträgt). Die Temperaturdifferenz ist in diesem Normalfall jedoch zu gering. Aus diesem Grund muss es möglich sein, einen Öl- oder Gasheizer für die Heizlastspitze in der Winzeranlage einzuschalten. Mit einem solchen System ist die Kühlleistung auch im Sommer immer verfügbar. Interessant sind Prozesse, die es ermöglichen, auf die im Sommer von Sonnenkollektoren erzeugte und im Winter unterirdisch gespeicherte Energie zurückzugreifen. Allerdings gibt es heute offenbar keine entscheidenden Kostenvorteile, die die geothermische Gebäudetechnik vorteilhafter erscheinen lassen. Eine Geothermieanlage kann jedoch umso wirtschaftlicher arbeiten, je größer der Energiebedarf ist. Ende 2003 wurde in Neustadt-Glewe das erste kleine Geothermiekraftwerk mit einer Leistung von 210 Kilowatt in Betrieb genommen. Die Investitionskosten betrugen rund 1,6 Mio. Uro. Davon wurden 50% vom Bund finanziert. Der Einbau einer normalen Dampfturbine war nicht möglich, da das heiße Wasser aus ca. 2200m Tiefe nur 98°C betrug.
Stattdessen wird das Kraftwerk im sogenannten Organic Rankine Cycle betrieben. 3.2 Baden- Württemberg Baden- Württemberg (Datei:Wirkoennenalles.jpg|thumb|250px|Ein Kampagnenaufkleber, übersetzt, “Wir können alles machen”) will die Vorreiterrolle übernehmen, lesen Sie einen Zeitungsartikel am 8. März 2005. Stuttgart – Nach dem Willen der Landesregierung soll das Land BW eine Vorreiterrolle bei der Nutzung der Geothermie übernehmen. Neben der großen Wasserkraft wird die Geothermie dazu beitragen, den Anteil der erneuerbaren Energien an der Energieversorgung des Südwestens bis 2010 auf zehn Prozent zu erhöhen, erklärte Ministerpräsident Erwin Teufel (CDU) am Dienstag in Stuttgart. Die günstigsten Standorte in Europa wären dafür der Rheingraben in Baden-Württemberg. Für die Nutzung dieser Energieform sind in den kommenden Jahren insgesamt sechs Millionen Euro an Fördermitteln vorgesehen. (Qülle: www.verovox.de) Teufel war nach Island gereist und wurde über die Nutzung der Geothermie informiert. Im Gegensatz zur Windkraft ist sie immer verfügbar. Teufel, der absolut gegen Windkraft ist, da die Anlagen seiner Meinung nach unter anderem die Landschaft im Schwarzwald verschmutzen, kündigte an, dass Bauherren und Hausbesitzer für die Entwicklung der oberflächennahen Geothermie mit jeweils bis zu 3500 Euro gefördert werden könnten. Am 6. April 2005 gab es einen neuen Zeitungsbericht (Qülle: www.energynet.de): Stuttgart – “Oberflächennahe Geothermie” heißt das neue Förderprogramm der Erdwärmesonde des Landes Baden-Württemberg. Seit dem 01.04.05 werden Erdwärmesonden in Verbindung mit einer Wärmepumpe gepumpt, die zum Heizen (und ggf. Kühlen) von Ein- und Zweifamilienhäusern oder Reihenhäusern eingesetzt werden. Andere Arten von Häusern sind nicht förderfähig.
4. Die weltweite Nutzung der Geothermie findet sich in vulkanisch und tektonisch aktiven Gebieten auf der ganzen Welt. Wichtigere geothermische Lagerstätten befinden sich in den USA , den Philippinen (die Philippinen, offiziell die Republik der Philippinen, ist ein souveränes Inselstaat in Südostasien im westlichen Pazifik), Mexiko, Italien , Island (Island ist ein nordisches Inselstaat im Nordatlantik), Japan , Neuseeland, Türkei , El Salvador, Nicaragua und anderen Ländern. Einige dieser Länder nutzen die Geothermie in großen Geothermiekraftwerken. Auf den Philippinen wird die Geothermie zur wichtigsten Energiequelle für die Stromerzeugung ausgebaut! Im Jahr 1995 wurden weltweit fast 7 GW elektrische Leistung installiert, bis zum Jahr 2000 waren es voraussichtlich fast 10 GW. Für Heizzwecke und Prozesswärme wurden weltweit ca. 20 Gigawatt in Gebieten mit besonderen geothermischen Bedingungen des Untergrundes gewonnen. Die Anwendung der HDR-Technologie in den großen Industrieländern würde zu einer deutlichen Steigerung des Ergebnisses der Arbeiten zur Stromerzeugung führen. Gemessen an der Pro-Kopf-Nutzung der Geothermie ist Island mit 200 MWe installierter Leistung führend. Allein bei der installierten Leistung sind die USA mit 2.000 MWe führend. Insgesamt gibt es in den 22 wichtigsten Ländern, die Geothermie nutzen, nach dem Stand des Jahres 2000 eine installierte Leistung von 8.200 Mwe. (Deshalb ist es oft notwendig, das Abwasser wieder in die Bohrungen zurückzuführen. Dieser Prozess kann auch dazu beitragen, Setzungen zu vermeiden, die auftreten können, wenn große Mengen Wasser aus unterirdischen Speichern entnommen werden. ) – Verschiebung der Gesteinsschichten durch Störungen durch einen Förderbrunnen (Ausdruck dieser Prozesse bei lokalisierten Erdbeben , sogenannte seismische Effekte). Nur zwei Energieträger erfüllen diese Anforderungen: Wasserstoff und Geothermie (Geothermie ist Wärmeenergie, die in der Erde erzeugt und gespeichert wird) . Allerdings gibt es Vor- und Nachteile für alles. Dennoch ist und bleibt die Geothermie die zuverlässigste, die technischen Probleme z.B. der Brennstoffzelle sind einfach zu groß.