Über Geothermie
Geothermie bezeichnet die in der Erde gespeicherte Wärmeenergie. Diese Wärmequelle ist konstant und dauerhaft, unverändert durch Wetterbedingungen oder Tageszeit. Die Nutzung von Erdwärme kann eine praktisch emissionsfreie Stromgewinnung ermöglichen.
Konzept
Der Erkundungsaufwand zur Nutzung der Tiefen Geothermie ist ebenso umfangreich wie bei der Kohlenwasserstoffindustrie. Auf Grundlage verfügbarer Daten und neuer reflexionsseismischer Messungen werden geeignete Standorte erkundet. Die Erschließung der Speicher erfolgt über abgelenkte Tiefbohrungen. Durch eine möglichst günstige Wahl der Bohrpfade zu den geologischen Strukturen werden gute Chancen für größtmögliche Fließraten geschaffen.
Mit dem klassischen Organic-Rankine-Cycle (ORC) und dem Kalina-Kreislauf stehen derzeit zwei Prozesse zur Verfügung, die thermodynamisch sinnvoll ab Reservoirtemperaturen von 80°C eingesetzt werden können. Beide Verfahren nutzen nicht direkt den Wasserdampf aus dem Reservoir zum Antreiben der Turbinen, sondern übertragen die Erdwärme über einen oder mehrere Wärmetauscher an ein Sekundärfluid. Sowohl Förderung und Durchleitung durch den Wärmetauscher als auch die Re-Injektion des abgekühlten Wassers erfolgen innerhalb eines geschlossenen Systems, so dass eine negative Beeinträchtigung der Umwelt durch salz- und mineralhaltige Thermalwässer ausgeschlossen ist.
„Geothermische Systeme“
Auf Basis der unterschiedlichen Techniken zur Energiegewinnung und der unterschiedlichen geowissenschaftlichen Parameter zur Charakteristik der Nutzungsarten lassen sich Geothermische Systeme in TIEFE GEOTHERMIE und OBERFLÄCHENNAHE GEOTHERMIE (bis max. 400m Tiefe; Erdwärmesonden, Erdwärmekollektoren) unterteilen.
Tiefe Geothermie
A) Hydrothermale Systeme…
… umfassen Heißwasserspeicher im tieferen Untergrund mit Bohrtiefen zwischen 2.000m und 4.000m. Neben den hydrothermalen Systemen niedriger Enthalpie werden Systeme hoher Enthalpie, die Dampf- oder Zweiphasensysteme nutzen, unterschieden. Letztere kommen in Deutschland nicht vor.
Hydrothermale Systeme niedriger Enthalpie nutzen das im Untergrund vorhandene Wasser. Mittels einer Produktionsbohrung wird das heiße Wasser an die Oberfläche gefördert, wo dem Wasser über einen Wärmetauscher die Wärme entzogen wird. Das abgekühlte Wasser wird über eine zweite Bohrung (Dubletten-Prinzip) wieder in den Untergrund reinjiziert. Zielbereiche der Tiefbohrungen sind wasserführende Aquifere oder Störungen bzw. Störungszonen, welche natürliche Wasserwegsamkeiten darstellen.
B) Petrothermale Systeme…
… nutzen die im Gestein gespeicherte Energie und sind, im Gegensatz zu den hydrothermalen Systemen, weitgehend unabhängig von wasserführenden Strukturen. Als natürlicher Wärmetauscher dient das heiße Gestein selbst. Neben den HDR-Systemen werden auch Tiefe Erdwärmesonden zu den petrothermalen Systemen gestellt.
Zu den ältesten und bekanntesten Konzepten zur Nutzung der Erdwärme gehört das Hot-Dry-Rock-System (HDR), mitunter auch Deep Heat Mining (DHM), Hot Fractured Rock (HFR) oder Stimulated Geothermal System (SGS) genannt. Der zusammenfassende Begriff ist Enhanced Geothermal System (EGS). Ausgangspunkt des Konzeptes ist, dass der Gesteinskörper dem die Wärme entzogen werden soll trocken ist, aber von wasserwegsamen Rissen und Klüften durchzogen ist. Werden nicht genügend natürliche Wasserwegsamkeiten angetroffen, erzeugt man durch hydraulisches Aufbrechen des Gesteins (Massive Hydraulic Fracturing) zusätzlich künstliche Risse um die gewünschten Fließraten zu erreichen. Über ein solches Risssystem werden Förder- und Re-Injektionsbohrungen gekoppelt. HDR-Systeme werden vorrangig in kristallinen Gesteinen, wie Graniten (Soultz sous Forets, Basel) und Gneisen (Bad Urach) getestet. Das HDR-Konzept hat den Vorteil, dass es beinahe überall angewendet werden kann. Dagegen spricht allerdings die derzeit noch hohe Kostenineffizienz aufgrund der großen Bohrtiefen von mehr als 4.000m und der wesentlich anspruchsvolleren Bohrtechnik.
Geothermie bezeichnet die in der Erde gespeicherte Wärmeenergie. Diese Wärmequelle ist konstant und dauerhaft, unverändert durch Wetterbedingungen oder Tageszeit. Die Nutzung von Erdwärme kann eine praktisch emissionsfreie Stromgewinnung ermöglichen.
Konzept
Der Erkundungsaufwand zur Nutzung der Tiefen Geothermie ist ebenso umfangreich wie bei der Kohlenwasserstoffindustrie. Auf Grundlage verfügbarer Daten und neuer reflexionsseismischer Messungen werden geeignete Standorte erkundet. Die Erschließung der Speicher erfolgt über abgelenkte Tiefbohrungen. Durch eine möglichst günstige Wahl der Bohrpfade zu den geologischen Strukturen werden gute Chancen für größtmögliche Fließraten geschaffen.
Mit dem klassischen Organic-Rankine-Cycle (ORC) und dem Kalina-Kreislauf stehen derzeit zwei Prozesse zur Verfügung, die thermodynamisch sinnvoll ab Reservoirtemperaturen von 80°C eingesetzt werden können. Beide Verfahren nutzen nicht direkt den Wasserdampf aus dem Reservoir zum Antreiben der Turbinen, sondern übertragen die Erdwärme über einen oder mehrere Wärmetauscher an ein Sekundärfluid. Sowohl Förderung und Durchleitung durch den Wärmetauscher als auch die Re-Injektion des abgekühlten Wassers erfolgen innerhalb eines geschlossenen Systems, so dass eine negative Beeinträchtigung der Umwelt durch salz- und mineralhaltige Thermalwässer ausgeschlossen ist.
„Geothermische Systeme“
Auf Basis der unterschiedlichen Techniken zur Energiegewinnung und der unterschiedlichen geowissenschaftlichen Parameter zur Charakteristik der Nutzungsarten lassen sich Geothermische Systeme in TIEFE GEOTHERMIE und OBERFLÄCHENNAHE GEOTHERMIE (bis max. 400m Tiefe; Erdwärmesonden, Erdwärmekollektoren) unterteilen.
Tiefe Geothermie
A) Hydrothermale Systeme…
… umfassen Heißwasserspeicher im tieferen Untergrund mit Bohrtiefen zwischen 2.000m und 4.000m. Neben den hydrothermalen Systemen niedriger Enthalpie werden Systeme hoher Enthalpie, die Dampf- oder Zweiphasensysteme nutzen, unterschieden. Letztere kommen in Deutschland nicht vor.
Hydrothermale Systeme niedriger Enthalpie nutzen das im Untergrund vorhandene Wasser. Mittels einer Produktionsbohrung wird das heiße Wasser an die Oberfläche gefördert, wo dem Wasser über einen Wärmetauscher die Wärme entzogen wird. Das abgekühlte Wasser wird über eine zweite Bohrung (Dubletten-Prinzip) wieder in den Untergrund reinjiziert. Zielbereiche der Tiefbohrungen sind wasserführende Aquifere oder Störungen bzw. Störungszonen, welche natürliche Wasserwegsamkeiten darstellen.
B) Petrothermale Systeme…
… nutzen die im Gestein gespeicherte Energie und sind, im Gegensatz zu den hydrothermalen Systemen, weitgehend unabhängig von wasserführenden Strukturen. Als natürlicher Wärmetauscher dient das heiße Gestein selbst. Neben den HDR-Systemen werden auch Tiefe Erdwärmesonden zu den petrothermalen Systemen gestellt.
Zu den ältesten und bekanntesten Konzepten zur Nutzung der Erdwärme gehört das Hot-Dry-Rock-System (HDR), mitunter auch Deep Heat Mining (DHM), Hot Fractured Rock (HFR) oder Stimulated Geothermal System (SGS) genannt. Der zusammenfassende Begriff ist Enhanced Geothermal System (EGS). Ausgangspunkt des Konzeptes ist, dass der Gesteinskörper dem die Wärme entzogen werden soll trocken ist, aber von wasserwegsamen Rissen und Klüften durchzogen ist. Werden nicht genügend natürliche Wasserwegsamkeiten angetroffen, erzeugt man durch hydraulisches Aufbrechen des Gesteins (Massive Hydraulic Fracturing) zusätzlich künstliche Risse um die gewünschten Fließraten zu erreichen. Über ein solches Risssystem werden Förder- und Re-Injektionsbohrungen gekoppelt. HDR-Systeme werden vorrangig in kristallinen Gesteinen, wie Graniten (Soultz sous Forets, Basel) und Gneisen (Bad Urach) getestet. Das HDR-Konzept hat den Vorteil, dass es beinahe überall angewendet werden kann. Dagegen spricht allerdings die derzeit noch hohe Kostenineffizienz aufgrund der großen Bohrtiefen von mehr als 4.000m und der wesentlich anspruchsvolleren Bohrtechnik.