von Stefan Seifert

Gliederung

Allgemeines zur Geothermie

Verschieden Arten der Geothermie

Oberflächennahe GeothermieTiefe Geothermie

Modell IslandQuellen

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Allgemeines

Geothermie (Erdwärme) die im zugänglichen Erdmantel gespeicherte Wärme

Kann als regenerative Energiequelle direkt oder indirekt genutzt werden

Beeindruckende geothermische Phänomene rund um den Globus (Island, Hawaii, Philippinen,….)

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Schon von den Römern in Thermalbädern genutzt

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WOHER??

Aufbau der Erde

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Die Erde ist im Inneren warm!Sie strahlt über ihre Oberfläche Energie ab (0.063 W/m2)

Bis 10km Tiefe sind ca. 1026 Joule gespeichert (100 Quadrillionen Joule!!!)210.000 fache des Primärenergieverbrauchs 2004

Ursachen der Erdwärme

1. Gespeicherte Energie aus der Entstehungszeit der Erde; dazu zählt auch Kristallisationswärme aus dem Phasenübergang flüssig fest (ca. 50% des Wärmestroms)

2. Wärme durch Radioaktive Prozesse im Erdinneren; Zerfall radioaktiver Elemente wie etwa Uran und Thorium (ca. 50% des Wärmestroms)

3. Oberflächennahe Wärme durch Sonneneinstrahlung 6

Geothermische Tiefenstufe = Steigung der

Temperaturkurve Ca. alle 33m steigt

die Temperatur um 1 K

Essentiell für die Planung geothermischer Anlagen

Allerdings: Große regionale Abweichungen

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Geothermische Tiefenstufe = Steigung der

Temperaturkurve Ca. alle 33m steigt

die Temperatur um 1 K

Essentiell für die Planung geothermischer Anlagen

Allerdings: Große regionale Abweichungen

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Die oberflächennahe Geothermie In den oberen Erdschichten (bis etwa

10m) nahezu konstante Temperatur (entspricht nahezu Jahresmitteltemperatur in Deutschland; 7-10°C)

Zu niedrig für direkte Nutzung > Wärmepumpen nötig

Wärme direkt mittels Grundwasser oder indirekt über Erdsonden zur Wärmepumpe geführt

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Die Wärmepumpe

Wärme wird von einem niedrigerem Temperaturniveau zu einem höheren Temperaturniveau „gepumpt“

Wärme fließt nur von warm nach kalt? > Arbeit nötig!!Gute Wärmepumpe benötig ein Viertel

derWärmemenge die angehoben werden soll

als Energie für die zu verrichtende Arbeit

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Schema einer Wärmepumpe

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Einsatz in Häusern

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Horizontale AnordnungFläche abhängig von gewünschter Leistung

Vertikale AnordnungBis zu 100m tief

Zurzeit in ca. 115.000 Haushalten eingesetzt!!

Ca. 2TW Wärme

Fazit zur oberflächennahen Geothermie Großes Potential zum Heizen und Kühlen

(Umkehrung der Wärmepumpe) überall möglich

Bis zu 60% Engergieeineinsparung gegenüber herkömmlichen Heizungen

Optimal in Kombination mit einer Solaranlage Regeneration der gespeicherten Wärme im Sommer

Allerdings: Hohe Anschaffungskosten(bis zu 8500€ für die Anlange und 5500€ für die Erschließung) Subventionen und günstige Kredite (KfW)

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Die Tiefe Geothemie Bohrlöcher bis ca. 6000m

Temperaturen von bis zu 200°C

Bei allen Systemen dient Wasser zur Wärmeübertragung

3 verschiedene Systeme, abhängig von der Bodenbeschaffenheit

1. Hydrothermale Systeme 2. Petrothermale Systeme3. Erdsonden

Nicht überall möglich (Geologische Bedingungen)

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Hydrothermale Systeme

In der Tiefe sind große Vorräte von warmen Wasser vorhanden Aquifere

Dieses Wasser muss lediglich über eine Bohrung zu einem Wärmetauscher gefördert werden

Anschließend wird das Wasser reinjiziert

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Skizze hydrothermales System

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Die Wärme kann in ein Fernwärmenetz eingespeist werden und zur Stromerzeugung genutzt werdenKraftwärmekopplung

Wirtschaftlichkeit abhängig von Temperatur und maximal möglicher Durchflussmenge

Beispiel hydrothermales System Landau (seit 2007)

Zwei ca. 3000m tiefe Bohrung 160°C Wassertemperatur

3MW elektrische Leistung (OCR Kraftwerk) 6-8MW Wärmeleistung

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Wärme Potential durch hydrothermale Systeme Ca. der 100fache Bedarf an Jahreswärme

ist technisch realisierbar PROBLEM:

Wärme lässt sich schlecht über größere Strecken

transportierenNur etwa ein Viertel des Jahresbedarfs an

Wärme könnte durch hydrothermale Systeme gedeckt werden

Wärmenutzung wieder Standortabhängig

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Petrothermale Systeme Kristallines, heißes Gestein in der Tiefe

( Hot-Dry-Rock) In der Tiefe wird durch Druck oder Säure ein

Netz von Rissen erzeugt (Stimulation) Durch dieses Netz wird Wasser aus einer

Injektionsbohrung zu einer Förderbohrung gedrückt

Das Wasser entnimmt die Wärme aus dem Gestein

Problem: Gefahr von Erdbeben, Destabilisierung des Untergrundes

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Deep Heat Mining Basel

Start 2005 mit Explorationsbohrung auf 2700m

Ziel: 200°C heißes Wasser wie in einem Durchlauferhitzer (in ca. 5000m Tiefe)

Am 8. Dezember sollte durch Druck die Durchlässigkeit des Gesteins erhöht werden

Am selben Tag kam es zu einem Beben der Stärke 3,4 auf der Richterskala

Projekt gestoppt, bis heute Diskussion über Fortsetzung

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Wärmepotential Petrothermaler Systeme Keine Prozesswärme, lediglich zu

wärmen von Wohnungen und Anlagen nutzbar

Theoretisch bis zu 1200 Exajoule pro Jahr

Aber: Tiefe durch ökonomische Überlegungen begrenzt (~3000m)

Hindernisse durch Infrastruktur Nähe zum Abnehmer

2 Exajoule pro Jahr möglich (2*10^18J/a=63,42GW)

Kleine Rechnung: 63,42 GW / 4MW pro Anlage = 15955 Anlagen

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Elektrisches Potential tiefer Geothermie

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Eingeschlossene Fläche = Nutzbare WärmemengeRot: Konventionelles KraftwerkGrün: Geothermie KraftwerkPROBLEM: Wasser nicht geeignet für solch niedrige Temperaturen (<175°C)

Anlagentechnik

Abhilfe durch 2 mögliche Verfahren ORC Kreisprozess

statt Wasser Organischer WärmeträgerUmweltproblematisch (n-Perfluoro-Pentan C5F12)

Kalina Kreisprozess Wasser-Amoniak Gemisch zur

Erhöhung des Dampfdruckes

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Fazit elektrisches Potential Möglich aber aufwendige (= TEURE)

Anlagentechnik Bei geringen Temperaturen nur etwa

10% der Wärme in Strom wandelbar Dennoch: 65% des Stroms könnte

geothermisch erzeugt werden (10,5 GW)

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Erdsonde

Geschlossenes Systemin dem Wasser zirkuliert

Wesentlich geringere Leistungen als die anderen Systeme (kW Bereich)

Auch für Innenstädte geeignet mit entsprechender Bohrtechnik

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Beispiel: Super C in Aachen

2544m tiefe Bohrung, die zum Heizen und Kühlen des Gebäudes genutzt wird

Temperaturen bis ca. 90°C

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Probleme bei tiefer Geothermie

Vorerkundung kostspielig, keine sicheren Daten möglich

Kosten pro Bohrmeter zwischen 1000 und 2000€

daher eventuelle zu geringe Temperatur im BetriebWirtschaftlichkeit der Anlage in Gefahr

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Vorteile von tiefer Geothermie

Grundlastfähig, d.h. Wetter und Tageszeit unabhängig

Regenerativ / nach menschlichen Maßstäben nicht erschöpfbar

Spart CO2 ein

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Stand in Deutschland

Zurzeit an 50 Standorten realisiert, bzw. im Bau

Unterhachingen, Landau, Neustadt-Glewe, Offenbach, Groß Schönebeck,…..

Dennoch im Großen und Ganzen noch ein Schattendasein

Bis zu 150 weitere Anlagen geplant32

Modell Island

79,7 PJ (79,7*10^15J) an Energie durch Erdwärme pro Jahr

Entspricht 53% der benötigten Primärenergie

90% aller Haushalte werden durch Erdwärme geheizt

19% des benötigten Stromes aus 5 Kraftwerken ( bis zu 100MW elektrische Energie und 300MW Wärme pro Kraftwerk)

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Geologie Islands

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Fazit

Günstige Lage optimal genutzt Zusammen mit Wind und Wasser 99%

der Energie aus regenerativen Quellen Allerdings: Primärenergieverbrauchs Islands :

150PJ Primärenergieverbrauchs Deutschlands:

13842PJ

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„Der Staat schützt auch in Verantwortung für

die künftigen Generationen die natürlichen

Lebensgrundlagen…“Grundgesetz Artikel 20a

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Quellen

http://de.wikipedia.org/wiki/Geothermie http://www.bmu.de/erneuerbare_energien/downloads/

doc/41616.php Broschüre „Tiefe Geothermie in Deutschland“

http://www.bd.bs.ch/geothermie.htm http://de.wikipedia.org/wiki/Projekt_Deep_Heat_Mining http://de.wikipedia.org/wiki/

Geothermale_Energie_in_Island http://www.geothermie.de/oberflaechennahe/

geothermie_report_2k1/moeglichkeiten_und_perspektiven_d.htm

Script: Allgemeines Maschinenwesen im Anlagenbau37

Vielen Dank für EureAufmerksamkeit!

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