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Geothermie

Nutzungssysteme der Geothhermie. Quelle: LGRB.

Technologien geothermischer Energieextraktion. Quelle: GeoVision, DOE.

Die Geothermie oder Erdwärme ist die im zugänglichen Teil der Erdkruste gespeicherte Wärme. Sie umfasst die in der Erde gespeicherte Energie, soweit sie entzogen und genutzt werden kann und zählt zu den regenerativen Energien. Sie kann sowohl direkt genutzt werden, etwa zum Heizen und Kühlen im Wärmemarkt (Wärmepumpenheizung), als auch zur Erzeugung von elektrischem Strom oder in einer Kraft-Wärme-Kopplung. Geothermie bezeichnet sowohl die ingenieurtechnische Beschäftigung mit der Erdwärme und ihrer Nutzung als auch die wissenschaftliche Untersuchung der thermischen Situation des Erdkörpers.

Geothermie, oberflächennahe

Von Sonneneinstrahlung, Niederschlägen, Grundwasser und Wärmeleitung des Gesteins beeinflusste Wärme in oberflächennahen Gesteinsschichten oder Oberflächengewässern (meist bis 150 m, max. 400 m, vgl. VDI-Richtlinie 4640). Nutzung mittels Erdwärmekollektoren, Erdwärmesonden, Grundwasserbohrungen oder Erdpfählen.

Geothermie, tiefe

Die tiefe Geothermie umfasst Systeme, bei denen die geothermische Energie überTiefbohrungen erschlossen wird. Von tiefer Geothermie im eigentlichen Sinn sollte man aber erst bei Tiefen von über 1.000 m und bei Temperaturen über 60 °C sprechen. Systeme der tiefen Geothermie:

Hydrothermale Systeme mit niedriger Enthalpie (Wärmeinhalt): Überwiegende Nutzung des im Untergrund vorhandenen Fluids. Die Wärme wird hier dem Untergrund zusammen mit einem Wärmeträger (Thermalwasser) entnommen. Die stellt gewissen anforderungen an das Reservoir (Temperatur, Permeabilität). Die Nutzung erfolgt meist direkt (ggf. über Wärmetauscher), manchmal auch mit Wärmepumpen (aber nicht zwingend erforderlich), zur Speisung von Nah- und Fernwärmenetzen, zur landwirtschaftlichen oder industriellen Nutzung oder für balneologische Zwecke; ab ca. 100 °C ist eine Verstromung möglich. Beispiele sind: Aquifere mit heißem (> 100 °C), warmem (60 -100 °C) oder thermalem (> 20 °C) Wasser.
Hydrothermale Systeme mit hoher Enthalpie: Nutzung von Dampf- oder Zweiphasensystemen zur Stromerzeugung; in dieser Form in Deutschland nicht vorhanden, sind aber global gesehen die bedeutenste Form der Geothermienutzung.
Petrothermale Systeme: Überwiegende Nutzung der im Gestein gespeicherten Energie. Beispiele sind: Grundgebirge (auch tiefes dichtes Gestein). Die Wärmeentnahme aus dem Reservoir erfolgt hier ohne Förderung eines Wärmeträgers (Thermalwasser) in dem die Wärme quasi über einen unterirdischen offenen oder geschlossenen Wärmeübertrager auf ein Arbeitsmittel übertragen wird. Die Anforderungen an das Reservoir sind daher grundsätzlich andere als in der hydrthermalen Geothermie.
Der Energieentzug aus dem Gestein kann mit der Hot-Dry-Rock (HDR)-Technik erfolgen, etwas umfassender auch als Enhanced Geothermal System (EGS) bezeichnet. Dies sind im Untergrund offene Systeme bei denen allerdings nicht ursprünglich vorhandenes Themalwasser gefördert wird, sondern im Prinzip eingbrachtes Wasser nach Erwärmung rückgewonnen wird. Zentral sind hier Stimulationsmaßnahmen. Eine alternative Möglichkeit der petrothermalen Nutzung sind geschlossenen Systeme wie tiefe Erdwärmesonden oder alternative Anordnungen, bei denen ein Arbeitsmittel in einem geschlossenen Rohrsystem zirkuliert. Diesen Systemen wird Wärme (vorwiegend) nur durch Wärmeleitung zugeführt, weshalb sie auch conduction only genannte werden.

Literatur

Clauser C.: Geothermal Energy. In: K. Heinloth (Hrsg.): Landolt-Börnstein, Physikalischchemische Tabellen. Group VIII: Advanced Materials and Technologies. Bd 3. Energy Technologies, Subvol. C. Renewable Energies. Springer, Heidelberg/Berlin 2006, 480-595, ISBN 3-540-42962-X.

Sanner B.: Erdwärme zum Heizen und Kühlen. Potentiale, Möglichkeiten und Techniken der Oberflächennahe Geothermie. Kleines Handbuch der Geothermie. Bd 1. Red. B. Sanner, W., Bußmann. Geothermische Vereinigung, Geeste 2001 (3. überarb. Aufl.), ISBN 3-932570-21-9.

Eugster W.L., L. Laloui (Hrsg.): Geothermische Response Tests. Verlag der Geothermischen Vereinigung, Geeste 2002, ISBN 3-932570-43-X

Geothermische Vereinigung, GeoForschungsZentrum Potsdam (Hrsg.): Start in eine neue Energiezukunft. Tagungsband 1. Fachkongress Geothermischer Strom Neustadt-Glewe 12.-13. November 2003. Geothermische Vereinigung, Geeste 2003, ISBN 3-932570-49-9.

Ernst Huenges: Energie aus der Tiefe: Geothermische Stromerzeugung. in: Physik in unserer Zeit. Wiley-VCH, Weinheim 35.2004,6, S. 282–286, ISSN 0031-9252.

Rummel F., O. Kappelmeyer (Hrsg.): Erdwärme, Energieträger der Zukunft? Fakten – Forschung – Zukunft/Geothermal Energy, Future Energy Source? Facts-Research-Futur. Unter Mitarbeit von J. Jesse, R. Jung, Fl. Rummel & R. Schulz. C. F. Müller, Karlsruhe 1993, ISBN 3-7880-7493-0.

Tholen M., Dr. Simone Walker-Hertkorn: Arbeitshilfen Geothermie Grundlagen für oberflächennahe Erdwärmesondenbohrungen, Wirtschafts- und Verlagsgesellschaft Gas und Wasser mbH, Bonn 2007, ISBN 978-3-89554-167-4.

Die Literatur zu Geothermie ist sehr umfangreich, siehe unter Literaturdatenbank und/oder Konferenzdatenbank.