Tiefengeothermie

Die Tiefengeothermie nutzt die Erdwärme in den tiefer als 400 m liegenden Schichten. Hier sind die nutzbaren Temperaturen höher, gleichzeitig steigt aber auch der Aufwand für die Erschließung stark an. Die hohen Temperaturen werden direkt zum Heizen genutzt oder zur Stromerzeugung.

Grundsätzlich kann die Nutzung analog zur oberflächennahen Geothermie über Erdwärmesonden erfolgen. In Prenzlau werden zum Beispiel etwa 550 Wohnungen durch eine tiefe Erdwärmesonde (2800 m) beheizt. Allerdings sind diese geschlossenen Systeme von der Effizienz her den offenen Systemen unterlegen. Als offene Systeme versteht man in der Tiefengeothermie die hydrothermalen und petrothermalen Systeme.

Hydrothermale Systeme

Quelle: BINE Informationsdienst

Bekannt ist die Nutzung hydrothermaler Systeme in den Bade-Thermen Brandenburgs. Sie nutzen tief liegende durchlässige, wasserführende Schichten mit hohen Temperaturen, wie sie in Brandenburg weit verbreitet sind. Diese Warm- und Heißwasserreservoire stellen ein großes Potenzial für die Wärmeversorgung dar.

Die wasserführende Formation wird über mindestens zwei Bohrungen, eine Förder- und eine Injektionsbohrung, erschlossen. Über die Förderbohrung wird das heiße Wasser (je nach Tiefe bis zu 100°C) an die Oberfläche gefördert und dort durch Wärmetausch und ggf. den Einsatz einer Wärmepumpe abgekühlt. Danach wird es über die zweite Bohrung zurück in den Ursprungshorizont injiziert. Die Bohrungen sind hierbei ca. 1.000 bis 2.500 m tief.

Hydrothermale Systeme eignen sich zur Beheizung von Gebäuden und zur Warmwasserbereitung eingebunden in Wärmenetze sowie zur Stromerzeugung. Der Leistungsbereich liegt typischerweise bei >1.000 kWh.


Petrothermale Systeme

Petrothermale Systeme finden bei nahezu wasserfreien Gesteinen Verwendung. Hierbei wird Wasser über natürliche und künstliche Risse durch das heiße Gestein gepumpt. Das Wasser dient hierbei als Wärmeträger, der die Energie aus der Tiefe nach oben befördert. Bei sehr heißen Gesteinen dient der erzeugte Wasserdampf zur Stromerzeugung.


Stromerzeugung mittels Tiefengeothermie

Bohrturm Groß Schönebeck, Quelle: GfZ

Die tiefe Geothermie hat großes Potenzial für die Stromerzeugung. Erdwärme ist rund um die Uhr verfügbar und damit grundlastfähig. Für die Wandlung von Wärme in Strom sind allerdings erheblich höhere Temperaturen als für die Wärmeversorgung erforderlich. Die Temperaturen sollten deutlich über 120°C liegen. Je höher die Temperatur, desto effizienter ist die Stromerzeugung. Die benötigten hohen Temperaturen werden erst in größeren Tiefen angetroffen. Zur Erschließung sind Tiefbohrungen erforderlich, die höhere Bohrkosten und Erschließungsrisiken mit sich bringen.

Liegen die Fördertemperaturen über 150 °C kann der Wasserdampf direkt zum Antrieb einer Turbine verwendet werden. Die in Deutschland vorherrschenden niedrigeren Temperaturen werden über das ORC- (Organic Rankine Cycle) oder  das Kalina-Verfahren zur Stromerzeugung genutzt. Hierbei wird die Wärme an einen schon bei geringeren Temperaturen verdampfenden Wärmeträger abgegeben. Der so erzeugte Dampf treibt dann eine Turbine an. Als Wärmeträger dienen z. B. Kohlenwasserstoffe, bestimmte Kältemittel, Pentan oder ein Ammoniak-Wasser-Gemisch.

In Unterhaching südlich von München wird seit 2009 im größten Erdwärmekraftwerk Deutschlands Strom erzeugt. Bereits seit 2007 wurde die Gemeinde Unterhaching über die beiden 3400 m tiefen Bohrungen mit Wärme versorgt. Durch das innovative Kalina-Verfahren wird nun mittels eines Ammoniak-Wasser-Gemisches auch Strom produziert.

Das GeoForschungsZentrum Potsdam entwickelt und testet im brandenburgischen Groß Schönebeck (Landkreis Barnim) neue Verfahren zur Erschließung der Erdwärme für die Stromerzeugung. Die beiden Forschungsbohrungen erschließen wasserführende Schichten in 3,9 bis 4,3 km Tiefe und fungieren als In-situ-Labor. Seit 2006 ist das Dublettensystem installiert, mit dem die langfristige Eignung als Kraftwerksstandort geprüft wird. Bei positiven Testergebnissen ist hier die Errichtung eines Geothermiekraftwerkes geplant.

Auch in Finowfurt bei Eberswalde soll ein Geothermiekraftwerk errichtet werden. Die ENRO Geothermie GmbH testet derzeit den Standort.

Die Bundesregierung plant den weiteren Ausbau der geothermischen Stromerzeugung auf ca. 280 MW Leistung bis zum Jahr 2020. Das ist das Vierzigfache der bisher installierten Leistung und entspricht etwa 50 Kraftwerken. Bis 2030 rechnet man sogar mit einer raschen Steigerung auf 850 MW.

Die ETI wird finanziert aus Mitteln des Ministeriums für Wirtschaft und Energie des Landes Brandenburg und der Industrie- und Handelskammer (IHK) Potsdam.