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Energieträger Geothermie

Erdwärme ist die in der Erdkruste gespeicherte Energie, die entweder mithilfe einer Wärmepumpenheizung zum Wärmen oder Kühlen oder mittels einer Kraft-Wärme-Kopplung zur Erzeugung von elektrischem Strom genutzt werden kann. Die ingenieurtechnische Nutzung dieser Erdwärme bezeichnet man als Geothermie.

Ab einer Tiefe von etwa 100 m liegt die Temperatur konstant bei etwa 10°C und steigt danach um durchschnittlich 3°C an. Als regenerative Energie steht Geothermie unabhängig von Tages-, Nacht- und Jahreszeit zur Verfügung. Den höchsten Wirkungsgrad erzielt die Anlage, wenn sie zeithomogen genutzt wird – d. h. im Sommer zum Kühlen, im Winter zum Wärmen.

Temperaturniveaus von Erdwärme

Wärme ist umso wertvoller, je höher das Temperaturniveau der Quelle ist.

  • Hochenthalpie-Lagerstätten liefern Erdwärme mit hohen Temperaturen – z. B. im Umfeld von Magmatismus, in dessen Nähe sich bereits in wenigen hundert Metern Tiefe heißes Wasser oder Dampf befindet. Diese heißen Fluide nutzt man zur Erzeugung von Industriedampf und zur Speisung von Nah- und Fernwärmenetzen.

Mit 133 Vulkanen und einer theoretischen Dauerleistung von 23.000 MW liegen die USA weltweit an der Spitze der potenziell zur Verfügung stehenden Leistung durch Magmatismus, gefolgt von Japan und Indonesien mit 20.000 bzw. 16.000 MW.

  • Niederenthalpie-Lagerstätten verfügen über weitaus geringere Temperaturen, durch die meist tiefe Bohrungen erforderlich sind. Welches Verfahren dabei für die Geothermie zum Einsatz kommt, ist abhängig von der Bodenbeschaffenheit, der Energiemenge und dem Temperaturniveau der Quelle.
    • Hydrothermale Systeme zur Wärme- oder Stromgewinnung nutzen Wasser aus der Tiefe, das an anderer Stelle wieder in den Grundwasserkreislauf geleitet wird.
    • Petrothermale Systeme (HDR-Systeme) kommen dort zum Einsatz, wo das Gestein zu dicht ist, um eine Wasserförderung zu ermöglichen. Stattdessen presst man zur Energiegewinnung Wasser oder CO2 mit einem hohen Druck in das Gestein und schafft künstliche Risse, durch die das Wasser fließen kann.
    • Erdwärmesonden gewinnen mithilfe einer einzigen Bohrung Wärme aus teilweise mehr als 1.000 m Tiefe. Ein in ein Rohr eingeschlossenes Fluid wird dabei in die Tiefe befördert, durch die Umgebung erwärmt und steigt anschließend wieder nach oben.

Doch auch aus menschengemachten Bauwerken wie Tunnelbauten oder Bergbauanlagen und ausgeförderten Erdgaslagerstätten lässt sich aus dem austretenden Wasser Wärme gewinnen.

Einsatzbereiche von Geothermie

Die meisten Anwendungen benötigen lediglich geringe Temperaturen, weshalb Erdwärme zahlreiche Einsatzmöglichkeiten bietet:

  • Meerwasserentsalzung 120°C
  • Trocknen von organischem Material 100°C
  • Heizwassertemperatur für Raumheizung 80°C
  • Kühlung 70°C
  • Fußbodenheizung 40°C
  • Schwimmbäder 30°C
  • Natürliche Kühlung <10°C

Für die hydrothermale Stromerzeugung sind Temperaturen von mindestens 80°C erforderlich. Ab 150°C lässt sich eine Dampfturbine betreiben.

Doch eignet sich Geothermie nicht ausschließlich für die Wärmegewinnung in großen Anlagen zur Stromeinspeisung, sondern ist grundsätzlich auf jedem Grundstück – und damit auch für Privat- und Gewerbebauten möglich.

Jede Anlage muss dafür entsprechend des Gebäudebedarfs dimensioniert werden. Umgebungsfaktoren wie Wärmemenge, Wärmeleitfähigkeit und Grundwasserführung des Untergrundes beeinflussen die Größe der Anlage und damit auch die Kosten.