Geothermie

Funktionsprinzip der petrothermalen Geothermie
Funktionsprinzip der hydrothermalen Geothermie
Gebiete in Deutschland, die für eine hydrogeothermische Nutzung geeignet sind

Als Geothermie oder auch Erdwärme bezeichnet man die unterhalb der festen Erdoberfläche gespeicherte Wärmenergie. Sie kann direkt zur Wärme- und Kälteversorgung genutzt werden oder auch indirekt zur Erzeugung von elektrischem Strom. Je tiefer man in das Innere der Erde mittels Bohrungen vordringt, desto wärmer wird es. In den ersten 100 Metern ist die Temperatur konstant um die 10°C. Danach steigt sie alle 100 Meter um circa 3°C.

Arten und Funktionweise
Grundsätzlich werden zwei Arten der Geothermie unterschieden:

  • Oberflächennahe Geothermie
  • Tiefe Geothermie
Die oberflächennahe Geothermie nutzt Bohrungen bis zu einer Tiefe von 400 Metern. Die dort vorherrschenden Temperaturen von rund 25°C können zum Beheizen und Kühlen von Gebäuden, technischen Anlagen und Infrastruktureinrichtungen eingesetzt werden. Dabei funktioniert oberflächennahe Geothermie wie folgt: Vertikale Erdwärmesonden werden in eigens für diesen Zweck erstellte Bohrungen, mit einem Durchmesser von 15 bis 25 cm, bis zu einer Tiefe von 100 Metern eingeführt. Sie enthalten eine zirkulierende Wärmeträgerflüssigkeit wie beispielsweise Wasser, die im Untergrund auf bis zu 13°C erwärmt wird. Neben Rohr-in-Rohr und U-Rohr-Sonden sind mittlerweile auch andere Formen von Erdsonden erhältlich, z.B. spiralförmig gewendelte Rohre.

Für Bauprojekte in wasserwirtschaftlich sensiblen Gebieten oder für den Fall, dass die genehmigungspflichtigen Bohrungen mit Sole-Sonden nicht gestattet werden, bietet sich der Einsatz von CO₂-Erdwärmesonden an. Im Gegensatz zu den sonst üblichen Sole-Sonden wird hier Kohlendioxid (CO₂) verwendet, das weder das Grundwasser noch das Mineralwasser negativ beeinflusst. Deren Funktionsweise verläuft im Umkehrsinn zu Sole-Sonden. Das flüssige CO₂ rinnt an den Innenseite der Sonde in die Tiefe und verdampft nach und nach durch die Aufnahme der Erdwärme. In einem Wärmeübertrager wird die Wärme an das Arbeitsmittel der Wärmepumpe abgegeben. Das abgekühlte CO₂ wird wieder flüssig.

Alternativ zu Erdwärmesonden können auch Erdwärmekollektoren zum Einsatz kommen. Diese breiten sich auf einer ausgedehnten Fläche in ca. 80 bis 160 cm Tiefe horizontal in der Erde aus. Auf diese Weise wird die Temperatur der zirkulierenden Wärmeträgerflüssigkeit auf rund 10°C erwärmt.

Eine Wärmepumpe überträgt die Erdwärme aus Erdsonde bzw. -kollektor auf ein Wärmetransportmittel, welches die Wärme aufnimmt und anschließend verdampft. Der elektrische Kompressor der Pumpe erhöht den Druck und verdichtet den Dampf. Dadurch steigt die Temperatur, die so entstandene Wärme wird im Pufferspeicher gesammelt. Nun kann sie zum Heizen und für die Warmwasserbereitung einzelner Haushalte genutzt werden.

Bei der tiefen Geothermie wird zwischen hydrothermalen und petrothermalen Systemen unterschieden. Erstere setzen im Untergrund an wasserführende Schichten (Aquiferen) an und nutzen das Thermalwasser zur Energiegewinnung. In Deutschland erfolgt die Förderung dieser Art der Erdwärme ausschließlich über das Dubletten-System. Es besteht aus einer Förder- und einer Reinjektionsbohrung. Durch die Förderbohrung gelangt das heiße Thermalwasser aus dem Untergrund an die Oberfläche. Hier wird die geothermische Wärme durch einen Wärmeübertrager ausgekoppelt und zur Stromerzeugung oder Wärmeversorgung eingesetzt. Durch diesen Vorgang kühlt sich das Thermalwasser ab und wird wieder über die Reinjektionsbohrung in den Untergrund zurückgeführt. Auf diese Weise können ganze Ortschaften und Stadtteile mit Wärme versorgt werden. Hydrothermale Reservoire findet man in Deutschland in drei Regionen: Im Oberrheingraben, im Molassebecken und im Norddeutschen Becken.

Die petrothermale Geothermie nutzt heißes Tiefengestein, welches im Wesentlichen frei von zirkulierenden Thermalwässern ist. Der überwiegende Teil der deutschlandweiten Ressourcen sind in diesem Gestein gespeichert, können jedoch unter den derzeitigen technisch-wirtschaftlichen Bedingungen nur begrenzt genutzt werden.

Vorteile der Geothermie:
  • landschaftsschonend
  • kohlendioxidarm
  • zuverlässig
  • unerschöpflich
  • wetterunabhängig
  • praktisch überall einsetzbar
  • preisstabil

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