Geothermie
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Definition:
Geothermie wird aus den Wörtern „gé" (griech.) = Erde, Land und „thermós" (griech.) = warm, heiß hergeleitet und heißt übersetzt „Erdwärme“. Dies bedeutet die im zugänglichen Teil der Erdkruste gespeicherte Wärmeenergie (thermische Energie) zu nutzen. Sie zählt auch zu den erneuerbaren Energien. Um Erdwärme zu Heizzwecken oder zur Stromerzeugung nutzen zu können, wird oberflächennahe oder auch in tieferen Schichten des Erdreichs vorhandene Wärme gewonnen.
Oberflächennahe Geothermie:
Bei der oberflächennahen Geothermie wird Erdwärme mit Hilfe von Erdwärmesonden, Erdwärmekollektoren oder Grundwasserbrunnen, aus Tiefen bis zu ungefähr 400 Metern genutzt. Ab einer Tiefe von ca. 15 Metern sind die Temperaturen fast völlig konstant, wobei sich in höheren Schichten jahreszeitliche Temperaturschwankungen zeigen.
Pro 100 Meter Tiefe nimmt die Temperatur um ca. 3 °C zu.
Bereits die niedrigen Temperaturen nahe der Oberfläche können durch Wärmepumpen für eine Wärmeversorgung genutzt werden.
Die meisten thermisch genutzten Grundwasserbrunnen sind einige Meter bis wenige zehn Meter tief. Für eine effiziente Grundwassernutzung versucht man den Abstand zwischen Erdoberfläche und Grundwasseroberfläche möglichst gering (wenige Meter) zu halten. Des Weiteren sind Grundwasserbrunnen hydrochemisch für eine langfristige thermische Nutzung geeignet.
Erdwärmesonden erreichen meistens eine Tiefe von einigen zehn Metern bis ca. 100 Meter. Es gibt auch Sonden mit mehreren hundert Metern bis zu einigen tausend Metern, diese Sonden werden auch Tiefen Erdwärmesonden (TEWS) genannt.
Somit ist der Übergang von Oberflächennaher und Tiefer Geothermie fließend und wird technologisch gewissermaßen durch die Tiefen Erdwärmesonden dargestellt.
Mittlerweile existieren in Deutschland mehr als 300.000 Anlagen für Oberflächennahe Geothermie, ob bei Einfamilienhäusern oder für größere Gewerbe- oder Bürokomplexe. Nicht nur für Heizzwecke, sondern auch im Sommer für Kühlzwecke können solche Geothermiequellen genutzt werden, der Untergrund kann also als saisonaler Wärme- und Kältespeicher genutzt werden.
Darüber hinaus kann auch die gespeicherte Wärme im Erdreich bzw. Gestein nahe der Oberfläche im Winter direkt genutzt werden, um Brücken, Gleisanlagen, U-Bahnstationen oder Tunnel eisfrei zu halten. Auch warmes Grubenwasser in stillgelegten Bergwerksschächten kann thermisch verwendet werden.
Tiefe Geothermie:
Bei dieser Art von Geothermie wird Erdwärme mit Hilfe von Tiefbohrungen ab einer Tiefe von ca. 400 Metern bis zu mehreren Kilometern genutzt.
Hydrothermale Geothermie beschreibt die Nutzung von heißem Grundwasser oder Dampf. Gut geeignet sind dafür die Gebiete im Norddeutschen Becken, Oberrheingraben und im Süddeutschen Molassebecken.
Geothermische Hochenthalpiefelder (Dampfreservoire) gibt es in Deutschland nicht. Jedoch gibt es solche Hochenthalpiefelder in Island, Italien und der Türkei und werden dort für die geothermische Verstromung genutzt.
Bei der tiefen Goethermiebohrung geht man mit einer ähnlichen Technik, wie bei der Gewinnung von Erdgas und Erdöl vor. Jedoch bestehen bei der Geothermie wegen den hohen Fördertemperaturen höhere Anforderungen an die Rohre (Casing) und es werden meistens größere Bohrdurchmesser gewählt.
Im tieferen Untergrund steht das Thermalwasser meist unter hohem Druck (gespanntes Grundwasser), das Wasser steigt also nach dem Anbohren der thermalwasserführenden Gesteinsschichten von alleine nach oben.
Im Molassebecken stellt sich der Druckwasserspiegel beispielsweise nach einigen zehn bis über 100 Meter unter der Erdoberfläche ein. Zusätzlich muss hier noch eine Pumpe verwendet werden, damit das Wasser auch bis an die Oberfläche gelangt.
Von artesisch gespanntem Grundwasser spricht man dann, wenn der Wasserdruck hoch genug ist, um das Wasser von alleine, also ohne Pumpen bis zur Erdoberfläche aufsteigen kann.
Das thermisch genutzte Wasser wird durch eine Reinjektionsbohrung wieder in die thermalwasserführende Gesteinsschicht zurückgeführt, um einen ausgeglichenen Grundwasserhaushalt beizubehalten. Dabei sollte das abgekühlte Wasser die Temperatur in der Förderbohrung nicht beeinflussen, um dies zu erreichen sollte diese Bohrung weit genug von der Förderbohrung entfernt sein. „Dublette“ bezeichnet man solch ein System mit Förder- und Reinjektionsbohrung.
Enhanced Geothermal Systems (EGS) ist eine weitere Form der Geothermie. Hierbei wird durch Hydraulic Fracturing das dichte (gering-durchlässige) Gestein in einigen Kilometern Tiefe durchlässig gemacht. Seit 2008 ist am Standort Soultz-sous-Forêts das europäische Pilotprojekt mit einem Kraftwerk im Betrieb.
Die saisonale Hochtemperatur-Aquifer-Speicherung (HTAS) ist eine abgewandelte Form der hydrothermalen Nutzung. Während der Sommermonate wird dabei überschüssige Kraftwerksabwärme in einem tiefen Grundwasserleiter zwischengespeichert und in den Wintermonaten dann wieder für Heizzwecke verwendet.
Vorteile:
Erdwärme steht immer zur Verfügung und kann witterungs- und saisonunabhängig gewonnen werden. Es ist sehr umweltfreundlich, da geothermische Anlagen nicht viel Platz benötigen und nach deren Errichtung keine Transportbewegungen mehr nötig sind. Der Endverbraucher hat im Vergleich zu Öl- oder Gasheizungen auch einige Vorteile. Die Energie muss nicht gelagert werden, wie es beispielsweise bei Öltanks der Fall ist. Geothermie ist außerdem geruchsneutral und mit weniger Wartungsarbeiten und Kosten für den Kaminkehrer verbunden. Des Weiteren ist die Nutzung von Geothermie preisstabil und es bestehen keine Brand- oder Explosionsgefahren, die bei Gas- und Ölheizungen vorkommen können. Im Gegensatz zur Ölheizung wird keine Gewässerschadenshaftpflichtversicherung benötigt. Im Sommer kann die oberflächennahe Geothermie sogar doppelt genutzt werden und zwar zur umweltfreundlichen Klimatisierung von Gebäuden.
Für das Gemeinwesen lassen sich auch einige Vorteile herausfiltern. Die Kommune kann ihre eigene Energieversorgung kontrollieren und wird so unabhängiger von konventionellen Energieträgern und dies auch in politischer Hinsicht, da die Erdwärme regional vorhanden ist. Für die Bevölkerung eine preisstabile und bezahlbare Wärmeversorgung geschaffen. Erdwärme kann leicht gefördert werden und durch die Nutzung einer regenerativen Energiequelle vor Ort ist das Ganze umweltschonend. Auch für zukünftige Generationen ist dies eine langfristige Investition in die Infrastruktur. Außerdem steigert sich die Standortattraktivität für Bauträger oder Industrien mit Prozesswärmebedarf. Durch eine innovative Energiegewinnung wird eine Vorreiterrolle bei der deutschen Energiewende übernommen.
Risiken:
Das Kraftwerk im elsässischen Soultz-sous-Forêts gilt als Vorzeigeprojekt und zuverlässiger Wärme- und Stromlieferant. Wohingegen andere Geothermie Kraftwerke für negative Schlagzeilen sorgen.
2006 haben Tiefenbohrungen in Basel für Erdbeben gesorgt und Straßen und Häuser nahmen Schäden davon.
2009 löste wahrscheinlich ein Kraftwerk im pfälzischen Landau ein Mini-Beben aus.
Beide Anlagen, in Basel und Landau wurden bereits stillgelegt.
Aufgrund dieser Ereignisse haben sich Bürgerinitiativen zusammengeschlossen, um für Baustopps zu kämpfen. In Deutschland wird Tiefen Geothermie daher eher schlecht angesehen.
Ein weiteres negative Beispiel sind die Vorfälle bei Erdwärmebohrungen von 2007 in Staufen im Breisgau. Nach dieser Bohrung hob sich die komplette Altstadt, über 270 Gebäude wurden beschädigt und es entstand insgesamt ein Sachschaden in zweistelliger Millionenhöhe.
Daher gelten in Baden-Württemberg seit 2011 strengere Auflagen für die Erdwärmenutzung. Es herrschen strengere Vorschriften und Qualitätsanforderungen für Bohrunternehmen und die Summen für die Haftpflichtversicherungen wurden erheblich erhöht, damit die Betroffenen im Schadensfall nicht darunter leiden.
Seit den strengeren Auflagen gab es in Baden-Württemberg bei der oberflächennahen Geothermie kein größeres Problem mehr. Diese Art von Geothermie könnte in Deutschland also durchaus eine Zukunft haben.
Die Auswirkungen der Erdwärmebohrungen in tiefen Gesteinsschichten und der Kraftwerkbetrieb müssen möglicherweise noch intensiver erforscht werden.