Ökonomische Aspekte

Tiefe Geothermie

Die Geothermie in Deutschland verfügt über ein sehr hohes Potential, welches auch technisch nutzbar ist. In der TAB Studie von 2002 werden 300 TWh/a angegeben, von denen in KWK-Anlagen: 65 TWh/a  in der Strom- und Wärmeerzeugung nutzbar sind. Sie ist somit grundsätzlich eine bedeutende Ressource für eine nachhaltige Energieversorgung. Der Vorteil gegenüber anderen regenerativen Energien besteht darin, dass die Geothermie für die Deckung der Grundlast in Deutschland geeignet ist. Zusätzlich könnte die effiziente Nutzung der Geothermie zur erheblichen Verminderung energiebedingter Umweltbelastungen beitragen.

Betrachtet man nur die Stromversorgung, so kann der Beitrag der Geothermie für das Jahr 2020 so eingeschätzt werden:
Prognose des Bundesumweltministeriums; 500 -750 Megawatt installierte Leistung
Prognose des Bundesverbands Geothermie: 1 GW installierte Leistung
Ein Ausbau des gesamten technischen Potenzials der elektrischen Leistung von über 30 Gigawatt aus Geothermie, wird mehr als 5 Jahrzehnte benötigen.
Hindernisse beim Ausbau sind:

  • Die sich erst langsam aufbauenden Erfahrung aufgrund der langen Entwicklungszeiten von Geothermieprojekten von im Moment vier bis sechs Jahren
  • ein Mangel an Bohrkapazität wegen der durch den hohen Ölpreis hervorgerufenen starken Nachfrage aus der Erdöl- und Erdgasindustrie und
  • ein zukünftig noch größerer Mangel an ausgebildetem Bohrpersonal aus dem gleichen Grund.
Verdoppelung der Bohrkosten von einem Preisindex von ca. 100 in den Jahren 2002 bis 2005 auf ca. 200 in den Jahren 2006 bis 2007.

In den Hochenthalpieregionen der Erde, also in Bereichen erhöhter vulkanischer Aktivität, ist die Stromproduktion aus geothermischer Energie dank ausgereifter Technologie mittlerweile eine feste Größe. So wird die Stadt San Francisco zu fast 100 % mit geothermischem Strom versorgt und Islands Stromproduktion aus heißen Wässern ist so groß, dass zunehmend Industriezweige mit hohem Energiebedarf in Island angesiedelt werden und auch über den Stromexport über ein Unterseekabel nach Europa nachgedacht wird. Aber auch in Schwellenländern und Entwicklungsländern mit hohem geothermischem Potential spielt die Stromproduktion aus Erdwärme eine immer größere Rolle. Große geothermische Stromproduzenten sind Indonesien, die Philippinen und Mexiko. Auch in Afrika wird erfolgreich geothermischer Strom produziert. In Kenia beträgt im Erdwärmefeld Olkaria die installierte Kraftwerksleistung bereits 110 MW, womit 10 % des Landesbedarfs gedeckt sind.

Für die Verstromung von Erdwärme stehen in Deutschland jedoch keine Hochenthalpielagerstätten zur Verfügung. Deshalb ist man hier darauf angewiesen Niederenthalpielagerstätten zu erschließen. Die ergiebigsten Lagerstätten liegen dabei im Oberrheingraben, im bayerischen Alpenvorland (bayerische Molasse) und im Norddeutschen Becken. Hierfür sind spezielle Kraftwerkstypen für die Stromerzeugung aus Temperaturen unter 200°C notwendig, welche bisher einen Wirkungsgrad von 12-16% erzielen.
Bei der projektbezogenen Betrachtung der ökonomischen Aspekte wird diese zunächst von den geologisch-hydrogeologischen Bedingungen am Standort bestimmt. Dazu gehört die Tiefe der geothermischen Lagerstätte, der geothermische Gradient und somit die Temperatur in der erbohrten Tiefe, die förderbare Thermalwassermenge (Produktivität der Lagerstätte) und in geringerem Maße die chemische Zusammensetzung des Thermalwassers.

Für die Erschließung von geothermischen Reservoiren sind große Investitionen nötig. Rund die Hälfte bis zwei Drittel der Investitionen gehen dabei in die Explorations- und Bohrtätigkeiten. Die Betriebskosten dagegen sind gering.

Die durch den hohen Ölpreis bedingte Zunahme der Exploration für Erdöl und Erdgas hat zu einer Explosion der Bohrkosten geführt. Die folgende Grafik zeigt die Verdoppelung der Bohrpreise in den letzten Jahren. Auch das Material für die Bohrtätigkeit und den Kraftwerksbau (z.B. Stahl) hat sich immens verteuert. Weitere Kostentreiber sind die geologisch und technisch bedingten Kostenüberschreitungen beim Bohren beziehungsweise die Kosten für die Absicherung dieser technischen Risiken und der Fündigkeit.
 
Die Betriebskosten werden überwiegend von den Kosten für Instandhaltung und Service des Primärkreislaufs und des Kraftwerks bestimmt. Im Primärkreislauf kann die mangelnde Lebensdauer der Tiefpumpen ein Kostenrisiko darstellen. Der Erfolg einer Erschließung und die Qualität des Reservoirs zeigen sich auch im Strombedarf der Förderpumpe. In ungünstigen Fällen kann der Strombedarf bis etwa 1/3 des produzierten Stroms betragen.

Mit zunehmendem Ausbau der Geothermie sind jedoch Kosteneinsparungen und damit geringere Produktionskosten zu erwarten.

Ob ein Geothermiekraftwerk wirtschaftlich gebaut und betrieben werden kann, hängt im Moment noch stark von staatlichen Förderinstrumenten ab. Diese sind so strukturiert, dass sie die besonderen Risiken der Geothermie abdecken (Fündigkeitsrisiko und technisches Bohrrisiko) und mit einer Grundvergütung ein wirtschaftliches Projekt ermöglichen sollen. Die Nutzung der beim Kraftwerks Prozess anfallenden Abwärme wird mit einem Bonus zusätzlich unterstützt. Der Einsatz der noch aufwändigen petrothermalen Geothermie wird ebenfalls mit einem Bonus zusätzlich gefördert, da hier das große Potenzial der geothermischen Stromerzeugung schlummert.

Durch Weiterentwicklungen in der Zukunft wird auch die Stromerzeugung aus niedrigen Temperaturen effektiver werden. Die in Deutschland mit vertretbarem Aufwand für die Stromerzeugung nutzbaren hydrothermalen Reservoire finden sich im Temperaturbereich von rund 100-160°C. Der Wirkungsgrad der eingesetzten Energieumwandlungstechnik bei diesen niedrigen Antriebstemperaturen ist dabei vergleichsweise gering und liegt zwischen etwa 8 und 16% je nach Temperaturniveau und eingesetzter Technologie. In der Zukunft werden durch den Einsatz von petrothermaler Geothermie auch Temperaturen bis 200 °C und mehr erschließbar werden.

Neben der Erzeugung von Strom trägt auch der Verkauf von Wärme zur Wirtschaftlichkeit eines Projektes bei. Deshalb werden Geothermie Anlagen in Deutschland fast ausschließlich als KWK-Anlagen konzipiert.

Oberflächennahe Geothermie

Dass die Geothermie eine wirtschaftliche Möglichkeit der Wärme- und Kälteversorgung ist, wurde anhand zahlreicher Anlagen sowohl in Einfamilienhäusern als auch in Büro- und Gewerbegebäuden bewiesen. So werden beispielsweise in der Schweiz bereits 30% der Haushalte mit Erdwärme versorgt und auch in Deutschland geht es in der oberflächennahen Geothermie in den letzten Jahren steil nach oben. So wurden im Jahr 2013 über 21.100 erdgekoppelte Wärmepumpen in Deutschland installiert. Insgesamt sind damit bereits 318.000 Erdwärmepumpen in Betrieb. Die dadurch erreichte Wärmebereitstellung lag im Jahr 2013 bei ca. 8,0 TWh.

Die Nutzung von Erwärme zum Heizen und Kühlen von Gebäuden ist vor allem im Neubaubereich gegenüber konventionellen Verfahren wie Holz, Kohle oder Öl konkurrenzfähig. Dabei ist die Besonderheit, dass die Investitionskosten durch die Herstellung der Erdwärmesonden und den Kauf der Wärmepumpen im Vergleich zu dem Kauf eines Heizkessels wesentlich höher sind. Da jedoch während des Betriebs nur ein kleiner Teil als Strom für die Wärmepumpe eingekauft werden muss und der größte Teil der Energie umsonst aus dem Untergrund gewonnen werden kann, rechnen sich die Anlagen nach einigen Jahren. Mit dem zunehmenden Anstieg der Öl- und Gaspreise wird der wirtschaftliche Vorteil einer Geothermieanlage in Zukunft immer deutlicher.

Bei der Nutzung in Bestandsgebäuden ist ein wirtschaftlicher Betrieb garantiert, wenn die Installation einer solchen Anlage in ein Gebäudesanierungskonzept eingebunden ist.

Wird der Dämmwert eines bestehenden Hauses durch Sanierungsmaßnahmen erhöht und werden vorhandene Heizkörper durch ein neues Flächenheizsystem (z.B.: Fußbodenheizung) ersetzt, so ist die Erdwärme auch hier eine attraktive Alternative zur Wärmeversorgung. Eine Einschränkung stellen hierbei jedoch die häufig begrenzten Platzverhältnisse für die Herstellung und die Anordnung der Erdwärmesonden bei Bestandsgebäuden in Städten dar.