Geothermie

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Geothermie

Die Geothermie oder Erdw√§rme ist die im zug√§nglichen Teil der Erdkruste gespeicherte W√§rme. Sie umfasst die in der Erde gespeicherte Energie, soweit sie entzogen und genutzt werden kann, und z√§hlt zu den regenerativen Energien. Sie kann sowohl direkt genutzt werden, etwa zum Heizen und K√ľhlen im W√§rmemarkt (W√§rmepumpenheizung), als auch zur Erzeugung von elektrischem Strom oder in einer Kraft-W√§rme-Kopplung. Geothermie bezeichnet sowohl die ingenieurtechnische Besch√§ftigung mit der Erdw√§rme und ihrer Nutzung als auch die wissenschaftliche Untersuchung der thermischen Situation des Erdk√∂rpers.

Geothermische Anlage in Kalifornien
Geothermiekraftwerk in Island

Inhaltsverzeichnis

Ursprung geothermischer Energie

Geothermie stammt zum Teil (gesch√§tzt: 30‚Äď50 Prozent) aus der Restw√§rme aus der Zeit der Erdentstehung (Akkretion), zum anderen (gesch√§tzt: 50‚Äď70 Prozent) aus radioaktiven Zerfallsprozessen und den Gezeitenkr√§ften (vor allem des Mondes), die in der Erdkruste seit Jahrmillionen kontinuierlich W√§rme erzeugt haben und heute noch erzeugen. Ein aktuelles Forschungsergebnis geht von ca. 50% Erdw√§rme aus radioaktivem Zerfall aus.[1] Ganz oberfl√§chennah kommen Anteile aus der Sonneneinstrahlung auf die Erdoberfl√§che und aus dem W√§rmekontakt mit der Luft dazu.

Die Temperatur im inneren Erdkern betr√§gt nach verschiedenen Sch√§tzungen 4800 ¬įC bis 7700 ¬įC. 99 Prozent unseres Planeten sind hei√üer als 1000 ¬įC; ca. 90 Prozent des Rests sind immer noch hei√üer als 100 ¬įC. Fast √ľberall hat das Erdreich in 1 Kilometer Tiefe eine Temperatur von 35 ¬įC bis 40 ¬įC (siehe auch Geothermische Tiefenstufe). Unter besonderen geologischen Bedingungen ‚Äď zum Beispiel in heutigen oder fr√ľheren Vulkangebieten ‚Äď entstehen geothermische Anomalien. Hier kann die Temperatur viele hundert Grad Celsius erreichen.

Restwärme aus der Zeit der Erdentstehung

Die Erde ist vor ungef√§hr 4,6 Milliarden Jahren durch Akkretion von Materie entstanden. Hierbei erhitzt sich das Material, wobei potentielle Energie durch Gravitation in W√§rme umgewandelt wird (gravitative Bindungsenergie). Diese W√§rmeenergie hat sich wegen der geringen W√§rmeleitf√§higkeit der Gesteine und damit der geringen W√§rmeabgabe an den Weltraum bis heute zum Teil erhalten und kann als Restw√§rme aus der Zeit der Erdentstehung bezeichnet werden. Zus√§tzlich wurde der noch jungen, geschmolzenen Erde erhebliche kinetische Energie (Bewegungsenergie) beim Einschlag eines Meteoriten zugef√ľhrt, in dessen Folge sich der Mond aus der Erde separierte.

Auch die W√§rme, die beim Erstarren des geschmolzenen Erdgesteins frei wird, z√§hlt zur Ursprungsw√§rme. Noch heute wird am √úbergang vom festen zum fl√ľssigen Teil des Erdkerns durch das allm√§hliche Verfestigen z√§hfl√ľssigen Kernmaterials Kristallisationsw√§rme freigesetzt.

Radioaktive Zerfallsprozesse

Dieser Anteil der Geothermie geht auf den nat√ľrlichen Zerfall der im Erdk√∂rper vorhandenen langlebigen radioaktiven Isotope wie z. B. Uran-235 und U-238, Thorium-232 und Kalium-40 zur√ľck. Diese Elemente sind in die Kristallgitter bestimmter Minerale eingebaut, beispielsweise in die Feldsp√§te und Glimmer in Graniten.

Die Leistung, die aus dem radioaktiven Zerfall resultiert, betr√§gt etwa 22¬∑1012 Watt.[1] Bei einem mittleren Erdradius von 6.371 km betr√§gt die geothermische Leistungsdichte des radioaktiven Zerfalls an der Erdoberfl√§che etwa 0,032 Watt (32 mW) pro Quadratmeter Erdoberfl√§che. Dies w√ľrde etwa die H√§lfte des terrestrischen W√§rmestroms ausmachen.

Wärmestrom aus dem Erdinneren

Die Wärme wird aus tieferen Teilen der Erde durch

in f√ľr die Nutzung erreichbare Tiefen transportiert.

In geothermisch anomalen Gebieten, wie etwa

  • in solchen mit einer gro√üen W√§rmestromdichte wie
  • in solchen mit einem hohe W√§rmetransport durch Konvektion, wie in gro√üen Grabenbr√ľchen (z. B. Oberrheingraben),
  • in solchen mit gro√üen Mengen frei verf√ľgbaren warmen oder hei√üen Tiefenwassers, wie an der Basis tiefer Sedimentbecken, an deren Basis das dort gespeicherte hei√üe Wasser angezapft wird,
  • im solchen mit einem Gestein mit einem hohen W√§rmeleitkoeffizienten, wie im Umfeld von Salzdiapiren,

kann der Wärmefluss um ein Vielfaches größer sein.

Wärmestrom aus dem Erdinneren durch Wärmeleitung

Der terrestrische W√§rmestrom, die von der Erde pro Quadratmeter an den Weltraum abgegebene Leistung, betr√§gt durchschnittlich etwa 0,063 W/m¬≤ (63 mW/m¬≤) (W√§rmestromdichte).

Wegen der h√§ufig geringen W√§rmestromdichte wird bei der Geothermienutzung au√üerhalb von Gebieten mit einer erh√∂hten W√§rmestromdichte zun√§chst nicht die aus dem Erdinneren nachstr√∂mende Energie, sondern die in der Erdkruste gespeicherte Energie durch die Abk√ľhlung eines Teils des Erdk√∂rpers √ľber einen bestimmten Nutzungszeitraum von einigen Jahrzehnten genutzt:

Zitat aus dem Sachstandsbericht des B√ľros f√ľr Technikfolgenabsch√§tzung beim Deutschen Bundestag ‚ÄěM√∂glichkeiten geothermischer Stromerzeugung in Deutschland‚Äú:[2]

‚ÄěDer nat√ľrliche W√§rmestrom aus dem Erdinnern liegt bei ca. 70 kW/km¬≤ (Anmerkung: entspricht 0,07 W/m¬≤). Beides zusammen reicht nicht aus, um die bei einer Stromerzeugung dem Quader zu entnehmende thermische Leistung von mehreren MW auszugleichen. In diesem Sinne steht eine Erdw√§rmenutzung immer f√ľr ‚Äělokalen Abbau‚Äú der gespeicherten W√§rmeenergie. Geothermische Energie kann also nur in einem weiteren Sinne zu den regenerativen Energien gerechnet werden‚Äú (da bei rein konduktiver W√§rmenachlieferung meist mehr Energie durch Abk√ľhlung des erschlossenen Gebirgsk√∂rpers abgezogen wird, als aus dem Erdinneren nachstr√∂mt).

Eine Geothermienutzung sollte idealerweise so dimensioniert werden, dass die Ausk√ľhlung des betreffenden Erdk√∂rpers so langsam voranschreitet, dass in der Nutzungszeit der Anlage die Temperatur nur in einem Umfang absinkt, der einen wirtschaftlichen Betrieb der Anlage gestattet. In geothermisch vergleichsweise inaktiven Gebieten wird gegebenenfalls mehr W√§rmeenergie aus der Erdkruste entnommen, als zun√§chst nat√ľrlich nachstr√∂men kann. Da die in der Erdkruste gespeicherte Energie in einem solchen Fall schneller entzogen wird, unterliegt der Betrieb einer tiefen Geothermie-Anlage in vielen Regionen Mitteleuropas entsprechenden Begrenzungen. Die Einflussfl√§che (Fl√§che des Quaders) des rein konduktiv nachstr√∂menden W√§rmestrom kann sich jedoch beispielsweise in gut durchl√§ssigen Aquiferen durch konvektive Ausgleichstr√∂me um ein Vielfaches vergr√∂√üern.

Der terrestrische W√§rmestrom kann gem√§√ü der Gleichung f√ľr den konduktiven W√§rmetransport berechnet werden.


\dot q = \frac{\dot Q}{A} = \lambda \cdot \frac{\Delta T}{\Delta z} ~ \Rightarrow ~ \Delta T =\frac{ \dot q \cdot \Delta z}{\lambda}

mit

\dot q = Wärmestromdichte in \frac{\mathrm{W}}{\mathrm{m}^2}

\dot Q = Wärmestrom in W

A = horizontale Querschnittsfläche, durch die der Wärmestrom tritt, in m2

őĒz = vertikale Ausdehnung des von einem W√§rmestrom aus dem Erdmittelpunkt durchflossenen Gebirgsk√∂rpers in m

őĽ = spezifische W√§rmeleitf√§higkeit des Gesteins in \frac{\mathrm{W} \cdot \mathrm{m}}{\mathrm{m}^2 \cdot \mathrm{K}}

őĒT = Temperaturgradient im Gestein in Kelvin, meistens bezogen auf einen Bereich von etwa 10 m unter der Gel√§ndeoberfl√§che mit konstanten, von den Jahreszeiten unbeeinflussten Temperaturverh√§ltnissen von ‚Čą10 ¬įC (283 K).

Durch die geringe Wärmeleitfähigkeit von Gesteinen meist im Bereich von 2...5 \frac{\mathrm{W}}{\mathrm{m} \cdot \mathrm{K}} und dem daraus resultierenden niedrigen Temperaturgradienten von etwa \frac{3~\mathrm{K}}{100~\mathrm{m}} können technisch nutzbare Temperaturniveaus nur erreicht werden, in dem möglichst große Bohrtiefen erschlossen werden. Diese sind bei der tiefen Hochenthalpiegeothermie wiederum begrenzt durch die begrenzte Temperaturbeständigkeit zum Beispiel

  • der Bohrsp√ľlung oder von
  • geophysikalischen Ger√§ten, die in die Bohrung eingef√ľhrt werden m√ľssen, um die richtige Lage der Bohrung zu kontrollieren oder
  • die begrenzte Hakenlast der Bohranlage von bis zu 500 t.

Die Nutzung dieses geringen Wärmestroms von maximal 0,1 \frac{\mathrm{W}}{\mathrm{m}^2} auf dem jeweiligen in der Teufe angetroffenen Temperaturniveau bedarf daher

  • entweder technischer Hilfsmittel (bei einem niedrigen Temperaturniveau beispielsweise einer W√§rmepumpe), oder
  • bei direkter Nutzung eines h√∂heren Temperaturniveaus, wie es beispielsweise in tieferen Bereichen der Erdkruste der Fall ist.

Wärmestrom aus dem Erdinneren durch Konvektion

In

  • offenen (nicht durch Kristallisation verstopften) Kluftsystem oder
  • f√ľr Wasser permeablen (sprich durchl√§ssigen) Gesteinsschichten

kann W√§rme wesentlich effektiver in das Geothermieprojekt nachgef√ľhrt werden. Dadurch wird die durch die Bohrung erschlossene Gesteinsschicht je nach Ausrichtung der Kl√ľfte vertikal oder horizontal vervielfacht wodurch ein sehr hoher W√§rmestrom realisiert werden kann. Solche Gebiete sind immer Gebieten vorzuziehen, in denen

  • ein dichtes Gestein durch Fracs f√ľr die Konvektion erschlossen werden muss oder
  • wo mit ausschlie√ülicher W√§rmeleitung vorlieb genommen werden muss.

Die Berechnung des erschließbaren Wärmestroms ist in solchen Gebieten nicht mit Hilfe von einfachen Gleichungen möglich, sondern bedarf der komplexen Analyse, zum Beispiel mit Hilfe von Finiten Elementen.

Einteilung der Geothermiequellen

Geothermie kann als Energiequelle zur Erzeugung von Wärme und Strom genutzt werden. Hierbei wird zwischen der Nutzung der

  • oberfl√§chennahen Geothermie zur direkten Nutzung, etwa zum Heizen und K√ľhlen, meist als W√§rmepumpenheizung, und der
  • tiefen Geothermie zur direkten Nutzung im W√§rmemarkt oder auch indirekt zur Stromerzeugung unterschieden.

Weiterhin wird zwischen Hoch- und Niedrigenthalpielagerstätten unterschieden. Hochenthalpie bedeutet, dass derartige Lagerstätten eine hohe Temperatur bereitstellen.

Tiefe Geothermie

Mit zunehmender Tiefe in der Erdkruste steigt die Temperatur an. Im Durchschnitt betr√§gt die Temperaturerh√∂hung 35 K bis 40 K pro Kilometer Eindringtiefe (geothermische Tiefenstufe). Dieser Wert schwankt regional jedoch oft stark. Abweichungen vom Standard werden als W√§rmeanomalien bezeichnet. Interessant sind besonders Gebiete mit deutlich h√∂heren Temperaturen. Hier k√∂nnen die Temperaturen schon in geringer Tiefe mehrere hundert Grad betragen. Derartige Anomalien sind h√§ufig an Vulkanaktivit√§t gekn√ľpft. In der Geothermie gelten sie als hochenthalpe Lagerst√§tten. Sie werden weltweit zur Stromerzeugung genutzt.

Hochenthalpie-Lagerstätten

Die weltweite Stromerzeugung aus Geothermie wird durch die Nutzung von Hochenthalpie-Lagerstätten dominiert. Dies sind Wärmeanomalien, die mit vulkanischer Tätigkeit einhergehen. Dort sind mehrere hundert Grad heiße Fluide (Wasser/Dampf) in geringer Tiefe anzutreffen. Ihr Vorkommen korreliert stark mit Vulkanen in den entsprechenden Ländern.

Land Anzahl der Vulkane Theoretische
Dauerleistung: MWel
USA 133 23.000
Japan 100 20.000
Indonesien 126 16.000
Philippinen 53 6.000
Mexiko 35 6.000
Island 33 5.800
Neuseeland 19 3.650
Italien (Toskana) 3 700
(Quelle: [3])

Abh√§ngig von den Druck- und Temperaturbedingungen k√∂nnen Hochenthalpie-Lagerst√§tten mehr dampf- oder mehr wasserdominiert sein. Fr√ľher wurde der Dampf nach der Nutzung in die Luft entlassen, was zu erheblichem Schwefelgeruch f√ľhren konnte (Italien, Larderello). Heute werden die abgek√ľhlten Fluide in die Lagerst√§tte reinjiziert (zur√ľckgepumpt). So werden negative Umwelteinwirkungen vermieden und gleichzeitig die Produktivit√§t durch Aufrechterhalten eines h√∂heren Druckniveaus in der Lagerst√§tte verbessert.

Das hei√üe Fluid kann zur Bereitstellung von Industriedampf und zur Speisung von Nah- und Fernw√§rmenetzen genutzt werden. Besonders interessant ist die Erzeugung von Strom aus dem hei√üen Dampf. Hierf√ľr wird das im Untergrund erhitzte Wasser genutzt, um eine Dampfturbine anzutreiben. Der geschlossene Kreislauf im Zirkulationssystem steht so unter Druck, dass ein Sieden des eingepressten Wassers verhindert wird und der Dampf erst an der Turbine entsteht (Flash-Verfahren).

Niederenthalpie-Lagerstätten

In nichtvulkanischen Gebieten k√∂nnen die Temperaturen im Untergrund sehr unterschiedlich sein. In der Regel sind jedoch tiefe Bohrungen notwendig; f√ľr eine wirtschaftliche Stromerzeugung sind Temperaturen √ľber 100 ¬įC erforderlich.

Generell werden im Bereich der tiefen Geothermie drei Arten der W√§rmeentnahme aus dem Untergrund unterschieden; welches der in Frage kommenden Verfahren zum Einsatz kommt, ist von den jeweiligen geologischen Voraussetzungen, von der ben√∂tigten Energiemenge sowie dem geforderten Temperaturniveau der W√§rmenutzung abh√§ngig. Es wird √∂fter zur W√§rmegewinnung genutzt, denn da ist der Wirkungsgrad h√∂her. Derzeit (2010) werden in Deutschland fast ausschlie√ülich hydrothermale Systeme geplant. HDR-Verfahren befinden sich in den Pilotprojekten in Bad Urach (D), in Soultz-sous-For√™ts im Elsass (F) und in Basel (CH) in der Erprobung. In S√ľdost-Australien Cooperbecken ist seit 2001 ein kommerzielles Projekt im Gange (Firma Geodynamics Limited).

Hydrothermale Systeme

Liegen entsprechende Temperaturen in einem Aquifer vor, so kann aus diesem Wasser gef√∂rdert, abgek√ľhlt und reinjiziert werden: Im Untergrund vorhandene Thermalw√§sser zirkulieren zwischen zwei Brunnen √ľber vorhandene nat√ľrliche Grundwasserleiter. Hydrothermale Energie ist je nach vorliegender Temperatur zur W√§rme- oder Stromgewinnung nutzbar. Die f√ľr hydrothermale Geothermie brauchbaren Horizonte k√∂nnen im Geothermischen Informationssystem ersehen werden. Au√üerdem stellt dieses Informationssystem diverse Auswertemechanismen hinsichtlich der nutzbaren Aquifere und Temperaturen zur Verf√ľgung.

Petrothermale Systeme
Das Prinzip der Nutzung der Geothermie aus heißem dichtem Gestein (HDR)

werden oft auch als HDR-Systeme (Hot-Dry-Rock) bezeichnet: Ist das Gestein, in dem die hohen Temperaturen angetroffen wurden, wenig permeabel, so dass aus ihm kein Wasser gef√∂rdert werden kann, so kann dort ein k√ľnstlich eingebrachtes W√§rmetr√§germedium (Wasser oder auch CO2) zwischen zwei tiefen Brunnen in einem k√ľnstlich erzeugten Risssystem zirkuliert werden: zun√§chst wird Wasser mit (mindestens einer) Injektions- bzw. Verpressbohrung in das Kluftsystem eingepresst unter einem Druck, welcher so weit √ľber dem petrostatischen Druck liegen muss, dass die minimale Hauptspannung in der jeweiligen Teufenlage √ľberschritten wird, in das Gestein gepresst (hydraulische Stimulation); hierdurch werden Flie√üwege aufgebrochen oder vorhandene aufgeweitet und damit die Durchl√§ssigkeit des Gesteins erh√∂ht. Dieses Vorgehen ist notwendig, da sonst die W√§rme√ľbertragungsfl√§che und die Durchg√§ngigkeit zu gering w√§ren. Anschlie√üend bildet dieses System aus nat√ľrlichen und k√ľnstlichen Rissen einen unterirdischen, geothermischen W√§rme√ľbertrager. Durch die zweite, die Produktions- oder F√∂rderbohrung, wird das Tr√§germedium wieder an die Oberfl√§che gef√∂rdert.

Tats√§chlich ist die Annahme, bei diesen Temperaturen und Tiefen trockene Gesteinsformationen vorzufinden, nicht korrekt. Aus diesem Grund existieren auch verschiedene andere Bezeichnungen f√ľr dieses Verfahren: u. a. Hot-Wet-Rock (HWR), Hot-Fractured-Rock (HFR) oder Enhanced Geothermal System (EGS). Als neutrale Bezeichnung wird der Begriff petrothermale Systeme verwendet.[4]

Tiefe Erdwärmesonden

Hier wird vergleichsweise wenig Energie extrahiert: eine tiefe Erdw√§rmesonde ist ein geschlossenes System zur Erdw√§rmegewinnung. Sie besteht aus einer 2000 bis 3000 m tiefen Bohrung, in der ein Fluid zirkuliert. In der Regel ist das Fluid in einem koaxialen Rohr eingeschlossen: Im Ringraum der Bohrung flie√üt das kalte W√§rmetr√§gerfluid nach unten, um anschlie√üend in der d√ľnneren eingeh√§ngten Steigleitung erw√§rmt wieder aufzusteigen. Derartige Erdw√§rmesonden haben gegen√ľber offenen Systemen den Vorteil, dass kein Kontakt zum Grundwasser besteht. Sie sind an jedem Standort m√∂glich. Ihre Entzugsleistung h√§ngt neben technischen Parametern von den Gebirgstemperaturen und den Leitf√§higkeiten des Gesteins ab. Sie wird jedoch nur einige hundert kW betragen und somit wesentlich kleiner sein als bei einem vergleichbaren offenen System. Dies liegt daran, dass die W√§rme√ľbertragungsfl√§che mit dem Gebirge sehr klein ist, da sie nur der Mantelfl√§che der Bohrung entspricht.

Tiefe Erdw√§rmesonden wurden beispielsweise 2005 in Aachen (SuperC der RWTH Aachen)[5] und Arnsberg (Freizeitbad Nass) gebaut. Ende 2009 wurde in der Schweiz die Forschungsanlage Tiefen-EWS Oftringen[6] realisiert. Es handelt sich hierbei um eine 706 m tiefe konventionelle Doppel-U-Sonde, welche 2009 / 2010 im Sinne einer Direktheizung (also ohne den Einsatz mit einer W√§rmepumpe) getestet wurde.[7]

Alternativ zur Zirkulation von Wasser (eventuell mit Zus√§tzen) in der Erdw√§rmesonde sind auch Sonden mit Direktverdampfern (W√§rmerohre oder aus dem Englischen Heatpipes) vorgeschlagen worden. Als Arbeitsmittel kann entweder eine Fl√ľssigkeit mit einem entsprechend niedrigen Siedepunkt verwendet werden, oder ein Gemisch beispielsweise aus Ammoniak und Wasser. Eine derartige Sonde kann auch unter Druck und dann beispielsweise mit Kohlendioxid betrieben werden. Heatpipes k√∂nnen eine h√∂here Entzugsleistung erreichen als konventionelle Sonden, da sie auf ihrer gesamten L√§nge die Verdampfungstemperatur des Arbeitsmittels haben k√∂nnen. Tiefe Erdw√§rmestichsonden bis 3000 m sind mit einem Luftpolsterisolierverfahren auszustatten, da hierbei eine erhebliche W√§rmeenergiemenge eingespart wird.[8] Dies kann zu einer h√∂heren Energieausbeute f√ľhren oder es kann eine geringere Bohrtiefe bei gleicher Leistung zur wesentlichen Kostenminderung beitragen. Das Isolierkappensystem ist einfach herzustellen und bietet eine dauerhafte L√∂sung dieses Problems.

Oberflächennahe Geothermie

Die Temperaturen der Luft schwanken mit der Jahreszeit sehr stark. Innerhalb der oberen Schichten des Erdbodens werden diese Temperaturen jedoch nicht bzw. nur sehr stark ged√§mpft nachvollzogen. Aus mathematischer Sicht folgt der Temperaturverlauf einer harmonischen Schwingung. In 5 bis 10 m Tiefe entspricht die im Boden gemessene Temperatur praktisch der Jahresmitteltemperatur des Standortes (ca. 8 bis 10 ¬įC in Deutschland).

Mittels Erdw√§rmesonden (vertikale Bohrungen), Erdw√§rmekollektoren (horizontal und oberfl√§chennah ins Erdreich eingebrachte Systeme) oder Erdw√§rmek√∂rben, aber auch mit erdgebundenen Beton-Bauteilen wird die W√§rme an die Oberfl√§che bef√∂rdert. Meist kommen W√§rmepumpen zum Einsatz, um Heiz-Anwendungen f√ľr Geb√§ude zu realisieren (W√§rmepumpenheizung). Vor allem im Sommer kann mit einer W√§rmepumpenheizung auch gek√ľhlt werden, w√§hrend im Winter sehr viel Heizmaterial eingespart werden kann.

Geothermie aus Tunneln

Zur Gewinnung thermischer Energie aus Tunnelbauwerken wird auch austretendes Tunnelwasser genutzt, welches ansonsten aus Umweltschutzgr√ľnden in Abk√ľhlbecken zwischengespeichert werden m√ľsste, bevor es in √∂rtliche Gew√§sser abgeleitet werden darf. Die erste solche bekannte Anlage wurde 1979 in der Schweiz beim S√ľdportal des Gotthard-Stra√üentunnels in Betrieb genommen. Sie versorgt den Autobahnwerkhof von Airolo mit W√§rme und K√§lte. Weitere Anlagen sind zwischenzeitlich dazugekommen, welche vor allem Warmwasser aus Bahntunneln nutzen. Beim Nordportal des im Bau befindlichen Gotthard-Basistunnels tritt bereits heute Tunnelwasser mit Temperaturen zwischen 30 und 34 ¬įC aus. Es soll bald in einem Fernw√§rmenetz genutzt werden. Das Tunnelwasser des neuen L√∂tschberg-Bahntunnels wird f√ľr eine St√∂rzucht und f√ľr ein Tropenhaus verwendet.[9]

In √Ėsterreich wurde ein Verfahren entwickelt, um die W√§rme aus Tunneln mittels eines Transportmediums zu nutzen, welches in eingemauerten Kollektoren zirkuliert. F√ľr konventionell vorgetriebene Tunnel wurde das Prinzip unter dem Namen TunnelThermie bekannt. Durch die gro√üen, erdber√ľhrten Fl√§chen stellt diese relativ junge Technologie ein hohes Nutzungspotenzial besonders in innerst√§dtischen Tunnelbauwerken dar.

In Deutschland wurde ein Verfahren entwickelt, um Geothermie auch in maschinell vorgetriebenen Tunneln zu nutzen. Dazu sind Kollektoren in Betonfertigteile (sog. T√ľbbinge), die die Schale eines Tunnels bilden, eingebaut (Energiet√ľbbing genannt). Da innerst√§dtische Tunnel in schwierigen geologischen Verh√§ltnissen h√§ufig im Schildvortrieb aufgefahren werden, bietet der Energiet√ľbbing die M√∂glichkeit, auch entlang dieser Strecken das geothermische Potenzial des Erdreichs zu nutzen.[10]

Geothermie aus Bergbauanlagen

Bergwerke und ausgef√∂rderte Erdgaslagerst√§tten, die wegen der Ersch√∂pfung der Vorr√§te stillgelegt werden, sind denkbare Projekte f√ľr Tiefengeothermie. Dies gilt eingeschr√§nkt auch f√ľr tiefe Tunnelbauwerke. Die dortigen Formationswasser sind je nach Tiefe der Lagerst√§tte 60 bis 120 ¬įC hei√ü, die Bohrungen oder Sch√§chte sind oft noch vorhanden und k√∂nnten nachgenutzt werden, um die warmen Lagerst√§ttenw√§sser einer geothermischen Nutzung zuzuf√ľhren.

Derartige Anlagen zur Gewinnung der geothermischen Energie m√ľssen so in die Einrichtungen zur Verwahrung des Bergwerks integriert werden, dass die √∂ffentlich rechtlich normierten Verwahrungsziele, das stillgelegte Bergwerk (¬ß 55 Absatz 2 Bundesberggesetz und ¬ß 69 Abs. 2 Bundesberggesetz) gefahrenfrei zu halten, auch mit den zus√§tzlichen Einrichtungen erf√ľllt werden.

Saisonale Wärmespeicher

Geothermie steht immer, also unabh√§ngig von der Tages- und Jahreszeit und auch unabh√§ngig vom Wetter zur Verf√ľgung. Optimal wird eine Anlage, in der das oberfl√§chennahe Temperaturniveau genutzt werden soll, dann arbeiten, wenn sie auch zeithomogen genutzt wird. Dies ist zum Beispiel dann der Fall, wenn im Winter mit Hilfe einer W√§rmepumpe das oberfl√§chennahe Temperaturniveau von ca. 10 ¬įC zum Heizen genutzt wird und sich dabei entsprechend absenkt und im Sommer dann dieses Reservoir zur direkten K√ľhlung benutzt wird. Beim K√ľhlen im Sommer ergibt sich dabei eine Erw√§rmung des oberfl√§chennahen Reservoirs und damit dessen teilweise oder vollst√§ndige Regeneration. Im Idealfall sind beide Energiemengen gleich. Der Energieverbrauch des Systems besteht dann im Wesentlichen aus der Antriebsleistung f√ľr die W√§rme- bzw. Umw√§lzpumpe.

Verst√§rkt wird diese Funktion, wenn Geothermie mit anderen Anlagen z. B. Solarthermie kombiniert wird. Solarthermie stellt W√§rme vorwiegend im Sommer zur Verf√ľgung, wenn sie weniger gebraucht wird. Durch Kombination mit Geothermie l√§sst sich diese Energie im Sommer in den unterirdischen W√§rmespeicher einspeisen und im Winter wieder abrufen. Die Verluste sind standortabh√§ngig, aber in der Regel gering.

Saisonale Speicher k√∂nnen sowohl oberfl√§chennah, als auch tief ausgef√ľhrt werden. Sogenannte Hochtemperatur-Speicher (> 50 ¬įC) sind allerdings nur in gr√∂√üerer Tiefe denkbar. Beispielsweise verf√ľgt das Reichstagsgeb√§ude √ľber einen derartigen Speicher.

Nutzung von Erdwärme

Die Geothermie ist global gesehen eine langfristig nutzbare Energiequelle. Mit den Vorr√§ten, die in den oberen drei Kilometern der Erdkruste gespeichert sind, k√∂nnte im Prinzip, rechnerisch und theoretisch der derzeitige weltweite Energiebedarf f√ľr √ľber 100.000 Jahre gedeckt werden. Allerdings ist nur ein kleiner Teil dieser Energie technisch nutzbar und die Auswirkungen auf die Erdkruste bei umfangreichem W√§rmeabbau sind noch unklar.

Bei der Nutzung der Geothermie unterscheidet man zwischen Direkter Nutzung, also der Nutzung der W√§rme selbst, und Indirekter Nutzung, der Nutzung nach Umwandlung in Strom in einem Geothermiekraftwerk. Mit Einschr√§nkungen sind zur Optimierung der Wirkungsgrade auch hier Kraft-W√§rme-Kopplungen (KWK) m√∂glich. Vor allem in d√ľnn besiedelten Gegenden bzw. an weit von Siedlungen mit W√§rmebedarf entfernten Kraftwerksstandorten lassen sich nur schwer, KWK-Prozesse realisieren. Nicht an jedem Kraftwerksstandort werden sich Abnehmer f√ľr die W√§rme finden lassen.

Direkte Nutzung

Nutzungsart Temperatur in ¬įC
Einkochen und Verdampfen, Meerwasserentsalzung 120
Trocknung von Zementplatten 110
Trocknung von organischem Material wie Heu, Gem√ľse, Wolle 100
Lufttrocknung von Stockfisch 90
Heizwassertemperatur zur Raumheizung (klassisch) 80
K√ľhlung 70
Tierzucht 60
Pilzzucht, Balneologie, Gebrauchtwarmwasser 50
Bodenheizung 40
Schwimmbäder, Eisfreihaltung, Biologische Zerlegung, Gärung 30
Fischzucht 20
Nat√ľrliche K√ľhlung <10
Lindal-Diagramm

Fr√ľhe balneologische Anwendungen finden sich in den B√§dern des R√∂mischen Reiches, im Mittleren K√∂nigreich der Chinesen und der Ottomanen. In Chaudes-Aigues im Zentrum Frankreichs existiert das erste historische, geothermische Fernw√§rmenetz, dessen Anf√§nge bis ins 14. Jahrhundert zur√ľckreichen.

Wärme wird heutzutage in vielfältiger Weise gebraucht (Wärmemarkt). Eine klassische Darstellung der dabei benötigten Temperaturen gibt das Lindal-Diagramm (Baldur Lindal, 1918-1997).

Heizen und K√ľhlen mit Erdw√§rme

F√ľr die meisten Anwendungen werden nur relativ niedrige Temperaturen ben√∂tigt. Aus tiefer Geothermie k√∂nnen h√§ufig die ben√∂tigten Temperaturen direkt zur Verf√ľgung gestellt werden. Reicht dies nicht, so kann die Temperatur durch W√§rmepumpen angehoben werden, so wie dies meist bei der oberfl√§chennahen Geothermie geschieht.

In Verbindung mit W√§rmepumpen wird Erdw√§rme in der Regel zum Heizen und K√ľhlen von Geb√§uden sowie zur Warmwasserbereitung eingesetzt (siehe W√§rmepumpenheizung).

Eine weitere Nutzungsm√∂glichkeit ist die nat√ľrliche K√ľhlung, bei der Wasser mit der Temperatur des flachen Untergrundes, also der Jahresmitteltemperatur des Standortes, direkt zur Geb√§udek√ľhlung verwendet wird (ohne den Einsatz einer W√§rmepumpe). Diese nat√ľrliche K√ľhlung hat das Potential, weltweit Millionen von elektrisch betriebenen Klimager√§ten zu ersetzen. Sie wird jedoch derzeit nur wenig angewendet.

Ebenfalls eine direkte Anwendung ist das Eisfreihalten von Br√ľcken, Stra√üen oder Flugh√§fen. Auch hier wird keine W√§rmepumpe ben√∂tigt, denn der Speicher wird durch Abf√ľhrung und Einspeicherung der W√§rme mit einer Umw√§lzpumpe von der hei√üen Fahrbahn im Sommer regeneriert. Dazu z√§hlt auch das frostfreie Verlegen von Wasserleitungen. Die im Boden enthaltene W√§rme l√§sst den Boden in Mitteleuropa im Winter nur bis in eine geringe Tiefe einfrieren.

F√ľr die W√§rmenutzung aus tiefer Geothermie eignen sich niedrigthermale Tiefengew√§sser mit Temperaturen zwischen 40 und 150 ¬įC, wie sie vor allem im s√ľddeutschen Molassebecken, im Oberrheingraben und in Teilen der norddeutschen Tiefebene vorkommen. Das Thermalwasser wird gew√∂hnlich aus 1000 bis 4500 Metern Tiefe √ľber eine F√∂rderbohrung an die Oberfl√§che gebracht, gibt den wesentlichen Teil seiner W√§rmeenergie per W√§rme√ľbertrager an einen zweiten, den ‚Äěsekund√§ren‚Äú Heiznetzkreislauf ab. Ausgek√ľhlt wird es anschlie√üend √ľber eine zweite Bohrung wieder mit einer Pumpe in den Untergrund verpresst, und zwar in die Schicht, aus der es entnommen wurde.

Nutzungsart Energie
TJ/a
Leistungsabgabe
Kapazität
MW
Wärmepumpen 214.236 35.236
Schwimmbäder 109.032 6.689
Raumheizung/Fernwärme 62.984 5.391
Gewächshäuser 23.264 1.544
Industrie 11.746 533
Aquakulturen 11.521 653
Trocknung (Landwirtschaft) 1.662 127
K√ľhlen, Schneeschmelzen 2.126 368
Andere Nutzung 956 41
Total 438.071 50.583
direkte Nutzung der Erdwärme weltweit
(Stand: 2010, Quelle: Literatur/Statistik, 7.)

Stromerzeugung

Zur Stromerzeugung wurde die Geothermie zum ersten Mal in Larderello in der Toskana eingesetzt. 1913 wurde dort von Graf Piero Ginori Conti ein Kraftwerk erbaut, in dem wasserdampfbetriebene Turbinen 220 kW elektrische Leistung erzeugten. Heute sind dort ca. 750 MW elektrische Leistung installiert. Unter der Toskana befindet sich Magma relativ dicht unter der Oberfläche. Dieses heiße Magma erhöht hier die Temperatur des Erdreiches soweit, dass eine wirtschaftliche Nutzung der Erdwärme möglich ist.

Schemazeichnung f√ľr die Stromgewinnung aus Geothermie

Bei der hydrothermalen Stromerzeugung sind Wassertemperaturen von mindestens 100 ¬įC notwendig. Hydrothermale Hei√ü- und Trockendampfvorkommen mit Temperaturen √ľber 150 ¬įC k√∂nnen direkt zum Antrieb einer Turbine genutzt werden. In Deutschland liegen allerdings die √ľblichen Temperaturen geologischer Warmwasservorkommen niedriger. Lange Zeit wurde Thermalwasser daher ausschlie√ülich zur W√§rmeversorgung im Geb√§udebereich genutzt. Neu entwickelte Organic-Rankine-Cycle-Anlagen (ORC) erm√∂glichen eine Nutzung von Temperaturen ab 80 ¬įC zur Stromerzeugung. Diese arbeiten mit einem organischen Medium (z. B. Pentan), das bei relativ geringen Temperaturen verdampft.[11]Dieser Dampf treibt √ľber eine Turbine den Stromgenerator an. Eine Alternative zum ORC-Verfahren ist das Kalina-Verfahren. Hier werden Zweistoffgemische, so zum Beispiel aus Ammoniak und Wasser, als Arbeitsmittel verwendet. F√ľr Anlagen in einem kleineren Leistungsbereich (< 200 kW) sind auch motorische Antriebe wie Stirlingmotoren denkbar. Geothermie ist grundlastf√§hig.

Dabei muss beachtet werden, dass andere W√§rmetr√§germedien f√ľr die Kreisprozesse als Wasser wie z. B.

  • Pentan (hochentz√ľndlich) oder
  • Ammoniak (giftig)

sind und daher aufw√§ndige Vorkehrungen ergriffen werden m√ľssen, um die Sicherheit solcher Anlagen im Betrieb und bei der Wartung zu gew√§hrleisten.

Stromerzeugung aus Geothermie √ľber Hochenthalpielagerst√§tten

Die Stromerzeugung aus Geothermie ist traditionell in L√§ndern, die √ľber Hochenthalpielagerst√§tten verf√ľgen, in denen Temperaturen von mehreren hundert Grad Celsius in vergleichsweise geringen Tiefen (< 2000 m) angetroffen werden. Die Lagerst√§tten k√∂nnen dabei, je nach Druck und Temperatur, wasser- oder dampfdominiert sein. Bei modernen F√∂rderungstechniken werden die ausgek√ľhlten Fluide reinjiziert, so dass praktisch keine negativen Umweltauswirkungen, wie Schwefelgeruch, mehr auftreten.

Stromerzeugung aus Geothermie √ľber Niederenthalpielagerst√§tten

In Niederenthalpielagerst√§tten, wie sie ung√ľnstigerweise in Deutschland meist angetroffen werden, ist wegen der geringen Temperaturspreizung zwischen Vor- und R√ľcklauf der maximal m√∂gliche Wirkungsgrad systembedingt niedriger als in Hochenthalpielagerst√§tten.

Durch andere Kreisprozesse (z. B. Kalinaprozess mit Ammoniak) versucht man den Abstand zwischen Vor- und R√ľcklauftemperatur zu erh√∂hen. Dabei ist aber zu beachten, dass die Sicherheitsanforderungen f√ľr den Umgang mit Ammoniak wesentlich anspruchsvoller sind als f√ľr den Umgang mit Wasser oder auch organischen Arbeitsmitteln.

Der Eigenstromverbrauch in solchen Anlagen kann bis zu 25 Prozent der erzeugten Strommenge[12] betragen.

Geothermie weltweit

Geothermie ist eine bedeutende erneuerbare Energie. Einen besonderen Beitrag zu ihrer Nutzung leisten hierbei die L√§nder, die √ľber Hochenthalpielagerst√§tten verf√ľgen. Dort kann der Anteil der Geothermie an der Gesamtenergieversorgung des Landes erheblich sein, zum Beispiel Geothermale Energie in Island.

Direkte Nutzung international

Land Energie-
umsatz
pro Jahr
TJ/a
Leistungsabgabe
Jahresmittelwert
GW
China 45.373 1,44
Schweden 36.000 1,14
USA 31.239 0,99
Island 23.813 0,76
T√ľrkei 19.623 0,62
Ungarn 7.940 0,25
Italien 7.554 0,24
Neuseeland 7.086 0,22
Brasilien 6.622 0,21
Georgien 6.307 0,20
Russland 6.243 0,20
Frankreich 5.196 0,16
Japan 5.161 0,16
Summe 208.157 6,60
(Quelle: Literatur/Statistik, 3.)

Im Jahr 2005 waren zur direkten Nutzung von Geothermie weltweit Anlagen mit einer Leistung von 27.842 Megawatt (fast 28 Gigawatt) installiert. Diese haben Energie in der Gr√∂√üenordnung von 261.418 Terajoule pro Jahr (72.616 Gigawattstunden pro Jahr), das entspricht einer mittleren Leistungsabgabe im Jahr von 8,29 GW oder bei einer Weltbev√∂lkerung 2005 von 6,465 Mrd. Menschen 1,28 Watt/Mensch ‚Äď durchschnittlicher Prim√§renergieverbrauch 2.100 Watt/Mensch ‚Äď oder 0,061 % des Prim√§renergieverbrauchs der Welt. Der Ausnutzungsgrad der installierten Leistung betr√§gt also etwa 30 % (diese Kennzahl ist wichtig f√ľr die √ľberschl√§gige Kalkulation der Wirtschaftlichkeit von geplanten Anlagen, sie wird allerdings weitgehend durch die Verbraucherstruktur und weniger durch die Erzeuger, also die W√§rmequelle bestimmt).

Länder mit Energieumsätzen größer als 5.000 TJ/Jahr zeigt die Tabelle.

Besonders hervorzuheben sind Schweden und Island. Schweden ist geologisch eher benachteiligt, hat aber durch eine konsequente Politik und √Ėffentlichkeitsarbeit diesen hohen Anteil bei der Nutzung erneuerbarer Energien vorwiegend zum Heizen (W√§rmepumpenheizung) erreicht.

Auch in Island hat die Nutzung dieser Energie einen betr√§chtlichen Anteil an der Energieversorgung des Landes (ca. 53 %), vgl. Geothermale Energie in Island. Es ist inzwischen weltweit Vorreiter auf diesem Gebiet.

Das 1981 in Betrieb genommene und laufend erweiterte Geothermische Kraftwerk Olkaria (121 MW, Potential 2 GW) im afrikanischen Rift Valley deckt mittlerweile 14 % des landesweiten Strombedarfs von Kenia. Die Erfolge dabei f√ľhrten zu Geothermie-Projekten in Eritrea, Uganda, Tansania oder √Ąthiopien, die ebenfalls entlang des Ostafrikanischen Grabenbruchs liegen[13].

Im Nahen Osten wird in den Vereinigten Arabischen Emiraten das erste Geothermie-Projekt realisiert. Es soll zur Versorgung der √Ėkostadt Masdar mit Energie zur K√ľhlzwecken dienen. Zun√§chst wurden zwei Probebohrungen in Tiefen von 2800 und 4500 m gestartet.[14]

Stromerzeugung international

Stromerzeugung aus Geothermie konzentriert sich traditionell auf L√§nder, die √ľber oberfl√§chennahe Hochenthalpie-Lagerst√§tten verf√ľgen (meist Vulkan- oder Hot-Spot-Gebiete). In L√§ndern, die dies ‚Äď wie zum Beispiel Deutschland ‚Äď nicht haben, muss der Strom mit einem vergleichsweise niedrigen Temperaturniveau (Niederenthalpielagerst√§tte mit etwa 100‚Äď150 ¬įC) erzeugt werden, oder es ist entsprechend tiefer zu bohren.

Weltweit ist geradezu ein Boom bei der Nutzung von Geothermie zur Stromerzeugung eingetreten. Die zum Ende des ersten Quartals 2010 installierte Leistung betrug 10.715 MW. Damit wird in den weltweit 526 geothermischen Kraftwerken 56 67.246 GWh/a grundlastf√§hige, elektrische Energie bereitgestellt.


In den letzten f√ľnf Jahren wurde die Stromerzeugung stark ausgebaut. Auf einige L√§nder bezogen ergeben sich die in der linken Tabelle angegebenen Zuw√§chse f√ľr den Zeitraum 2005‚Äď2010.

Land (Auswahl) In 2005‚Äď2010 neu installierte
elektrischeLeistung
MWe
USA 529
Indonesien 400
Island 373
Neuseeland 193
T√ľrkei 62
El Salvador 53
Italien 52
Kenia 38
Guatemala 19
Deutschland 6
(Quelle:)[15]


Rechte Tabelle ‚Äď L√§nder mit einem bedeutsamen Anteil der Geothermie an der Gesamtversorgung (Stand 2005):

Land Anteil an der
Stromerzeugung
in %
Anteil am
Wärmemarkt
in %
Tibet 30 30
San Miguel Island 25 keine Angabe
El Salvador 14 24
Island 19,1 90
Philippinen 12,7 19,1
Nicaragua 11,2 9,8
Kenia 11,2 19,2
Lihir Island 10,9 keine Angabe
Guadeloupe 9 9
Costa Rica 8,4 15
Neuseeland 5,5 7,1
(Quelle:)[16]


Niederenthalpie-Lagerst√§tten werden bisher weltweit wenig genutzt. Zuk√ľnftig k√∂nnten sie an Bedeutung gewinnen, da diese Nutzung weiter verbreitet m√∂glich ist und nicht spezielle geothermische Bedingungen mit √ľberdurchschnittlich hohen geothermischen Gradienten voraussetzt. Im November 2003 wurde das erste derartige Kraftwerk Deutschlands, das Geothermiekraftwerk Neustadt-Glewe, mit 0,23 Megawatt Leistung in Betrieb genommen. Im Jahr 2007 folgte mit der 3-Megawatt Anlage des Geothermiekraftwerkes Landau die erste industrielle Installation.

In Australien wird in Cooperbecken das erste rein wirtschaftliche Geothermiekraftwerk auf der Basis HFR (Hot Fractured Rock) erstellt. Bisher sind zwei Bohrungen auf √ľber 4.000 m Tiefe gebohrt und ein k√ľnstliches Risssystem erzeugt. Die Temperaturen sind mit 270 Grad h√∂her als erwartet und auch die k√ľnstlich erzeugte Wasserwegsamkeit zwischen den Bohrungen ist besser als geplant.


Bezogen auf die pro-Kopf-Nutzung der Erdw√§rme ist Island heute Spitzenreiter mit 664 MW (2011) installierter Gesamtleistung (Geothermale Energie in Island). Die USA f√ľhren dagegen bei den Absolutwerten mit einer installierten Gesamtleistung von 3.093 MW (2010) vor den Philippinen mit 1.904 MW (2010) und Indonesien mit 1.197 MW (2010). (Quelle:)[17]

(Rechtliche) Situation in Deutschland

Das Geothermiekraftwerk Neustadt-Glewe in Deutschland von Innen

Geothermische Energie ist nach dem deutschen Bergrecht (Bundesberggesetz, BBergG, ¬ß 3 Abs. 3 Satz 2 Nr. 2b) ein bergfreier Rohstoff (bergfreier Bodenschatz), er geh√∂rt also dem Staat und das Recht f√ľr Aufsuchung und Nutzung wird an die jeweiligen Antragsteller verliehen (wenn sie nicht st√§dtebaulich genutzt wird, weil dann der Gewinnungsbegriff im ¬ß 4 Abs. 2 Bundesberggesetz nicht einschl√§gig ist). Dies bedeutet, dass das Eigentum an einem Grundst√ľck sich nicht auf die Erdw√§rme erstreckt. F√ľr die Aufsuchung der Erdw√§rme bedarf es also einer Erlaubnis nach ¬ß 7 BBergG und f√ľr die Gewinnung einer Bewilligung nach ¬ß 8 BBergG. Die meisten Anlagen oberfl√§chennaher Geothermie k√∂nnen jedoch bislang nach dem ¬ß 4 BBergG ohne ein solches Verfahren erstellt werden, wenn die Nutzung auf dem eigenen Grundst√ľck erfolgt, bei der genauen Abgrenzung herrscht die √ľbliche f√∂derale Vielfalt. Auf jeden Fall sind Anlagen, die in das Grundwasser reichen, nach dem Wasserrecht erlaubnispflichtig. F√ľr Bohrungen, die l√§nger als 100 Meter sind, ist au√üerdem ein bergrechtlicher Betriebsplan n√∂tig.[18] Die Stadt Freiburg im Breisgau hat allerdings unter Anderem in Folge der in Staufen nach einer Probebohrung aufgetretenen Gel√§ndehebungen sowie der in Basel durch eine solche ausgel√∂sten Erdbeben ihre Auflagen f√ľr oberfl√§chennahe Geothermie-Projekte auch f√ľr Bohrungen unter 100 m versch√§rft.[19]

Nach zumindest in zeitlichem Zusammenhang mit Erdw√§rmenutzungs-Sondierungen aufgetretenen Erdabsenkungen in Leonberg und Renningen (beide im baden-w√ľrttembergischen Landkreis B√∂blingen) reduzierte das Landes-Umweltministerium die maximale Bohriefe f√ľr die oberfl√§chennahe Geothermie; die Bohrungen d√ľrfen nurmehr bis zur obersten Grundwasser f√ľhrenden Schicht niedergebracht werden.[20][21]

Die geothermische Stromerzeugung steckt in Deutschland noch in den Anf√§ngen. Unter anderem besch√§ftigt sich jedoch das Deutsche GeoForschungsZentrum in Potsdam intensiv mit diesem Thema.[22] Der Nieders√§chsische Forschungsverbund ‚ÄěGeothermie und Hochleistungsbohrtechnik ‚Äď gebo‚Äú[23] verfolgt die Zielsetzung, neue Konzepte zur geothermischen Energiegewinnung in tiefen geologischen Schichten mit hoher Effizienz und Effektivit√§t sowie geringerem geologischen und technischen Risiko zu entwickeln, um die bislang noch fehlende Wirtschaftlichkeit dieser regenerativen Energiequelle herzustellen. Vier Kraftwerke (in Neustadt-Glewe, Unterhaching bei M√ľnchen, Bruchsal und Landau) erzeugen Strom aus Geothermie.

Zahlreiche weitere Projekte sind im Bau, so dass in den nächsten Jahren mit einem Anstieg beim Anteil der geothermisch erzeugten Strommenge zu rechnen ist.

Recht weit verbreitet ist hingegen die direkte energetische Nutzung von hydrothermaler Geothermie beim Betrieb von Fern- und Nahw√§rmenetzen. Eine √úbersicht √ľber die in Deutschland vorhandenen Anlagen hydrogeothermaler Nutzung ist in dem Verzeichnis Geothermischer Standorte[24] zu finden. Aus den derzeit bekannten Ressourcen hydrothermaler Geothermie k√∂nnte bis zu 29 Prozent der in der Bundesrepublik ben√∂tigten W√§rme bereitgestellt werden.

In Deutschland ist die direkte Nutzung oberfl√§chennaher Geothermie (W√§rmepumpenheizung) schon weit verbreitet, 2010 wurden 51.000 neue Anlagen installiert [25]. Insgesamt waren 2009 etwa 330.000 Anlagen installiert[26]. Erstmals fl√§chig erforscht werden soll der Einsatz von oberfl√§chennaher Geothermie im Erdw√§rmepark in Neuweiler im Nordschwarzwald; einem Baugebiet, in dem ausschlie√ülich Erdw√§rme zu Zwecken der Geb√§udeheizung und ‚Äďk√ľhlung verwendet wird. Hier soll im Rahmen eines Modellprojekts auch das Heizen bzw. K√ľhlen der vorhandenen Stra√üen erstmals umgesetzt werden. Oberfl√§chennahe Geothermie wird auch in Bayern u. a. in der Umgebung von Ansbach untersucht,[27] wo es auch einen Ausbildungsschwerpunkt an der dortigen Fachhochschule gibt.

F√ľr Deutschland ergibt sich laut der Zahlen des BMU f√ľr das Jahr 2004 das folgende Bild:

Der Energieerzeugung im Jahr 2004 aus der Geothermie von 5.609 TJ/a (entsprechend einer mittleren Leistungsabgabe von 0,178 GW im Jahr 2004) steht ein Prim√§renergieverbrauch in Deutschland im selben Jahr von 14.438.000 TJ/a (entsprechend einer mittleren Leistung von 458 GW) gegen√ľber. Es wurden also im Jahr 2004 0,04 % des Prim√§renergieverbrauchs in Deutschland durch Geothermie gedeckt.

Die Geothermie-Branche rechnet in Deutschland mit einem j√§hrlichen Wachstum von 14 Prozent. Im laufenden Jahr (Stand: M√§rz 2005) werden sich der Umsatz auf etwa 170 Millionen Euro und die Investitionen auf 110 Millionen Euro belaufen. Etwa 10.000 Menschen arbeiten bereits direkt oder indirekt f√ľr die geothermische Energieversorgung (Quelle, siehe Literatur/Statistik, 2.).

Direkte Nutzung

Im Bereich der tiefen Geothermie gibt es in Deutschland zurzeit 30 Installationen mit Leistungen √ľber 2 MW. Diese leisten zusammen 105 MW (Quelle, siehe Literatur/Statistik, 4.). Die meisten dieser Einrichtungen stehen im

Der norddeutsche Raum verf√ľgt geologisch bedingt √ľber ein gro√ües Potential geothermisch nutzbarer Energie in thermalwasserf√ľhrenden Porenspeichern des Mesozoikums in einer Tiefe von 1000 bis 2500 m mit Temperaturen zwischen 50 ¬įC und 100 ¬įC. Die Geothermische Heizzentrale (GHZ) in Neubrandenburg war bereits in der DDR eines der Pilotprojekte zur Nutzung der Geothermie.

Das Molassebecken in S√ľddeutschland (Alpenvorland) bietet g√ľnstige Voraussetzungen f√ľr eine geothermische Nutzung. Zahlreiche balneologische Erschlie√üungen in Baden-W√ľrttemberg (Oberschwaben) und Bayern (B√§derdreieck) bestehen bereits seit einigen Jahrzehnten. Dar√ľber hinaus existieren in S√ľdbayern derzeit neun gro√ü-energetische Nutzungen (geothermisch betriebene Fernw√§rmenetze in Simbach-Braunau, Straubing, Erding, Unterschlei√üheim, Pullach, M√ľnchen-Riem, Unterhaching, Unterf√∂hring, Aschheim) und zahlreiche weitere sind in Planung oder im Bau. Das Thermalwasser stammt aus einer Kalksteinschicht (vor allem Kluft- Karstgrundwasser) des Oberjura (Malm) an der Basis des nordalpinen Molassetrogs. Diese Gesteine treten entlang der Donau an der Erdoberfl√§che in Erscheinung und tauchen in Richtung S√ľden am Alpenrand auf bis √ľber 5000 m unter die Erdoberfl√§che ab. Dort sind auch Temperaturen h√∂her als 140 ¬įC zu erwarten.

Der Oberrheingraben bietet deutschlandweit besonders gute geologisch-geothermische Voraussetzungen (u. a. hohe Temperatur, W√§rmefluss, Struktur im Untergrund). Allerdings sind die Thermalw√§sser im Oberrheingraben reich an gel√∂sten Inhaltsstoffen, was hohe Anforderungen an die Anlagentechnik stellt. An verschiedenen Standorten sind Projekte in Planung und im Bau. F√ľr viele Regionen sind bereits Konzessionen erteilt worden.

Untersucht wird zudem beispielsweise, ob in das Fernwärmenetz der Ruhr-Universität und der Hochschule Bochum Erdwärme eingespeist werden kann. Auch Gebäude der RWTH Aachen sollen mittels Geothermie beheizt werden (Tiefe Erdwärmesonde).

In Bad Urach (Schw√§bische Alb) konnte ein langj√§hrig betriebenes und weit fortgeschrittenes Projekt aus finanziellen Gr√ľnden nicht vollendet werden.[28]

Baden-W√ľrttemberg hat genau wie Nordrhein Westfalen ein F√∂rderprogramm f√ľr Erdw√§rmesonden-Anlagen f√ľr kleine Wohngeb√§ude aufgelegt, mit einer F√∂rderung der Bohrmeter, siehe Weblinks.

Zus√§tzlich gibt es in Deutschland mehr als 50.000 oberfl√§chennahe Geothermieanlagen, bei denen W√§rmepumpen zum Anheben der Temperatur eingesetzt werden. Diese haben zusammen eine Leistung von mehr als 500 MW. Im Vergleich zu Schweden, Schweiz oder √Ėsterreich ein eher geringer Marktanteil. Im Jahr 2000 betrug er in Deutschland 2 bis 3 %, in Schweden 95 %, und in der Schweiz 36 % (Siehe auch W√§rmepumpenheizung)

Stromerzeugung

Das erste geothermische Kraftwerk in Deutschland ist 2004 in Mecklenburg-Vorpommern als Erweiterung des bereits 1994 errichteten geothermischen Heizwerks in Betrieb genommen worden. Die elektrische Leistung des Geothermiekraftwerks Neustadt-Glewe betr√§gt bis zu 230 kW. Aus einer Tiefe von 2250 Metern wird etwa 97 ¬įC hei√ües Wasser gef√∂rdert und zur Strom- und W√§rmeversorgung genutzt. Im Jahr 2004 betrug die erzeugte Strommenge 424 000 Kilowattstunden (Quelle: AGEE-Stat/BMU); angestrebt werden j√§hrlich ca. 1,2 Mio. Kilowattstunden (entspricht einer mittleren Leistung von 48kW bzw. 137kW). Die Inbetriebnahme stellt einen Meilenstein in der Entwicklung der geothermischen Stromerzeugung in Deutschland dar, dem weitere Projekte folgen werden. Der Bau von Geothermiekraftwerken erlebt in Deutschland derzeit geradezu einen Boom. Viele Kraftwerke sind im Bau oder in der Planung, die meisten davon am Oberrhein und in der oberbayrischen Molasse. Die Berg√§mter haben dort zahlreiche Aufsuchungsgenehmigungen vergeben (bis 2007 √ľber 100).

Die f√ľr die Stromerzeugung erforderlichen W√§rmereservoirs mit hohen Temperaturen sind in Deutschland nur in gro√üer Tiefe vorhanden. Die f√ľr den Betrieb erforderlichen Temperaturen zu erschlie√üen ist mit einem hohen finanziellen Aufwand verbunden. Geologische und bohrtechnische Erschlie√üungsrisiken m√ľssen dabei im Verh√§ltnis zum finanziellen Aufwand abgewogen werden. Forschungsarbeiten zur Nutzung tief liegender bzw. weitgehend wasserundurchl√§ssiger Gesteine laufen und versprechen die M√∂glichkeiten zur Stromerzeugung weiter zu erh√∂hen. Eine Studie des Deutschen Bundestages gibt das Potential der Stromproduktion mit 1021 Joule an.

Geplante und realisierte Geothermieanlagen (Stromerzeugung) in Mitteleuropa
Geoth. Leistung
in MW
Elektr. Leistung
in MW
Temperatur
in ¬įC
Förderrate
in m³/h
Bohrtiefe
in m
Geplante Inbetriebnahme
Jahr
Deutschland
Groß Schönebeck 10 1,0 150 < 50 4.294 2008
Neustadt-Glewe 10 0,21 98 119 2.250 Im Kraftwerksbetrieb seit 2003
Bad Urach (HDR-Pilotprojekt) 6‚Äď10 ca. 1,0 170 48 4.500 Bohrarbeiten beendet wg. Auslauf der Finanzierung
Bruchsal 4,0 ca. 0,5 118 86 2.500 Im Kraftwerksbetrieb seit 2009
Karlsruhe 28,0 > 150 270 3.100 unbekannt
Landau 22 3 159 70 3.000 Im Probebetrieb seit 2007. Zeitweise eingestellt wegen leichter Beben. Wiederaufnahme mit reduziertem Pumpendruck.[1].
Insheim 4,0‚Äď5,0[29] >155 3.600 voraussichtlich 2011
Schaidt >155 >3.500 (Bohrbeginn 2011)
Offenbach an der Queich 30‚Äď45 4,8‚Äď6,0 160 360 3.500 gestoppt wg. Bohrlochinstabilit√§t
Riedstadt 21,5 ca. 3,0 250 3.100 unbekannt
Speyer[30] 24‚Äď50 4,8‚Äď6,0 150 450 2.900 2005 aufgegeben,[31] weil Erd√∂l statt Wasser gefunden wurde (drei Bohrungen im Probebetrieb)
Unterhaching 40 3,4 122 > 540 3.577 seit 2008 im Betrieb
Sauerlach ca. 80 ca. 5[32] 140 > 600 > 5.000 Ende 2011 (Bohrarbeiten erfolgreich beendet)
D√ľrrnhaar ca. 50 ca. 5,0 135 > 400 > 4.000 2011 (Bohrarbeiten erfolgreich beendet)
Mauerstetten 40 4,0‚Äď5,0 120‚Äď130 ca. 300 4.100 unbekannt (zu geringe Sch√ľttung)[33]
Kirchstockach 50 5 130 450 > 4.000 2011 (Bohrarbeiten erfolgreich beendet)
Laufzorn (Oberhaching) 50 5 130 470 > 4.000 2011 (Bohrarbeiten erfolgreich beendet)
Kirchweidach 120 470 > 3.000 2012 (Bohrbeginn 2010)
Bernried 150 > 4.500 2013 (Bohrbeginn 2011)
Taufkirchen 120 470 > 3.000 2012 (Bohrbeginn 2011)
Geretsried > 4.000 2013 (Bohrbeginn 2011)
√Ėsterreich
Altheim (Ober√∂sterreich) 18,8 0,5 105 ca. 300‚Äď360 2.146 Im Kraftwerksbetrieb seit 2000
Bad Blumau 7,6 0,18 107 ca. 80‚Äď100 2.843 Im Kraftwerksbetrieb seit 2001
Frankreich
Soultz-sous-Forêts[34] 12,0 2,1 180 126 5.000 Testbetrieb seit 2008
Schweiz
Basel 17,0 6,0 200 5.000 Projekt eingestellt wegen Beben[35]
St. Gallen ca. 30 3-5 150-170 ca. 4.000 Projekt in Planung, voraussichtlich 2012[36]
Quelle:[37]

Staatliche Fördermaßnahmen

Einspeiseverg√ľtung

Durch die Novellierung des EEG (Erneuerbare Energien Gesetz) zum 1. Januar 2009 wird die geothermische Stromerzeugung mit bis zu 0,23 EUR pro eingespeister Kilowattstunde deutlich höher gefördert als zuvor. Die Förderung setzt sich zusammen aus:

  • Grundverg√ľtung 16 Cent pro eingespeister Kilowattstunde.
  • Bonus von 4 Cent f√ľr Anlagen die bis 2015 ans Netz gehen.
  • Bonus von 3 Cent bei Auskopplung von mindestens 20% Fernw√§rme.

Als zus√§tzliche Verg√ľnstigung darf die Einspeiseverg√ľtung f√ľr die gesamte Brutto-Stromproduktion der Anlage in Anspruch genommen werden. Dies entspricht einer EEG-einheitlichen Regelung und gilt f√ľr alle Formen erneuerbarer Stromerzeugung. Der Eigenenergiebedarf betr√§gt bei deutschen Geothermiekraftwerken ca. 30% der Bruttostromproduktion (gr√∂√üter Verbraucher sind die F√∂rderpumpen). Dieser Eigenenergiebedarf darf aus g√ľnstigeren Netztarifen zugekauft werden und muss auch nicht aus regenerativen Quellen stammen.

Marktanreizprogramm des BMU

Anlagen der tiefen Geothermie werden aus dem MAP (Marktanreizprogramm des Bundesministerium f√ľr Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit) durch zinsverbilligte Darlehen mit Tilgungszusch√ľssen gef√∂rdert. F√∂rderf√§hig sind:

  • Die Errichtung der Tiefengeothermieanlage (‚ÄěAnlagenf√∂rderung‚Äú)
  • Die Realisierung der F√∂rder- und Injektionsbohrung (‚ÄěBohrkostenf√∂rderung‚Äú) sowie unvorhergesehene Mehrkosten gegen√ľber der Bohrplanung (‚ÄěMehraufwendungen‚Äú)
  • Die Reduzierung des F√ľndigkeitsrisikos durch Haftungsfreistellungen f√ľr bis zu 80% der Bohrkosten (‚ÄěKreditprogramm F√ľndigkeitsrisiko‚Äú)
  • Die Errichtung von W√§rmenetzen (‚ÄěW√§rmenetze‚Äú)

Die KfW kann daraus Darlehen pro Projekt in einer H√∂he von bis zu 80% der Bohrkosten vergeben. Diese Darlehen werden im Fall der Nichtf√ľndigkeit haftungsfrei gestellt, d. h. sie m√ľssen vom Kreditnehmer ab diesem Zeitpunkt nicht weiter zur√ľckgezahlt werden. Das ‚ÄěKfW Sonderprogramm‚Äú f√ľr allgemeine Projektfinanzierungen, wie u. a. Geothermieprojekte, refinanziert Banken mittels KfW-Krediten bis zu einem Kreditbetrag von i.d.R. 200 Mio. Euro pro Projekt.

Aufgrund der mit der Bohrung verbundenen hohen Investitionskosten und Risiken besteht bei Geothermieprojekten ein hohes Anfangshemmnis. Dies erschwert und verteuert die Finanzierung.

√Ėkonomische Aspekte

Die geringe Nutzung der √ľberall vorhandenen und vom Energieangebot her kostenlosen Geothermie liegt darin begr√ľndet, dass sowohl der W√§rmestrom mit ‚Čą 0,06 Watt/m¬≤ als auch die Temperaturzunahme mit der Tiefe mit ‚Čą 3 K/100 m in den zug√§nglichen Teilen der Erdkruste, von besonderen Standorten abgesehen, so gering sind, dass eine Nutzung zu Zeiten niedriger Energiepreise nicht wirtschaftlich war. Durch das Bewusstwerden des CO2-Problems und der absehbaren Verknappung der fossilen Energietr√§ger setzte eine st√§rkere geologische Erkundung und technische Weiterentwicklung der Geothermie ein.

Da die eigentliche Energie, die Geothermie, kostenlos ist, wird die Wirtschaftlichkeit einer Geothermienutzung vor allem durch die Investitionskosten (Zinsen) und Unterhaltskosten der Anlagen bestimmt.

Unter den gegenwärtigen politischen Rahmenbedingungen (Erneuerbare-Energien-Gesetz) ist eine Wirtschaftlichkeit bei größeren Geothermieanlagen auch in Deutschland in vielen Gebieten, wie zum Beispiel in Oberbayern, Oberrheingraben und Norddeutsches Becken, erreichbar.

Grunds√§tzlich sind gr√∂√üere Geothermieanlagen (√ľber 0,5 MW und mit einer Tiefe von mehr als 500 m) immer mit gewissen F√ľndigkeitsrisiken behaftet, da die tieferen Erdschichten eben nur punktuell und oft in geringem Ausma√ü erkundet sind. Dabei lassen sich die anzutreffenden Temperaturen meist recht gut prognostizieren. Die bei hydrothermalen Anlagen aber besonders relevanten Sch√ľttmengen sind jedoch h√§ufig nicht gut vorhersehbar. Neuerdings werden allerdings Risikoversicherungen dazu angeboten. Zur Minimierung des F√ľndigkeitsrisikos wurde das Geothermische Informationssystem (gef√∂rdert vom BMU) erstellt.

Die oberfl√§chennahe Erdw√§rmenutzung f√ľr die Heizung von Geb√§uden mittels einer W√§rmepumpe ist bereits in vielen F√§llen konkurrenzf√§hig. W√§rmepumpenheizungen bestehen in der Regel aus einer oder mehreren Erdw√§rmesonde(n) und einer W√§rmepumpe bzw. mehreren parallel geschaltet. 2004 wurden in Deutschland etwa 9.500 neue Anlagen errichtet, 2006 waren es schon 28.000, der Bestand √ľbersteigt 130.000. In der Schweiz waren es 2004 rund 4.000 neue Anlagen mit Erdw√§rmenutzung. Der Marktanteil in Deutschland ist im Gegensatz zu L√§ndern wie Schweden, der Schweiz oder √Ėsterreich jedoch noch gering.

Bei den Betriebskosten spielt die Best√§ndigkeit der Anlagen gegen Verschlei√ü (z. B. bewegte Teile einer W√§rmepumpe oder eines Stirlingmotors) eine Rolle. Bei offenen Systemen kann Korrosion durch aggressive Bestandteile im w√§rmetransportierenden Wasser entstehen (alle Teile in der Erde und die W√§rme√ľbertrager). Diese fr√ľher bedeutenden Probleme sind heute jedoch technisch weitestgehend gel√∂st.

√Ėkologische Aspekte

Energiepotential

Die Geothermie wird zu den regenerativen Energiequellen gez√§hlt, da ihr Potenzial als sehr gro√ü und nach menschlichem Ermessen unersch√∂pflich gilt. Der kumulierte Energieaufwand (KEA, auch: graue Energie) von Geothermie liegt in dem Bereich von 0,12 kWhPE / kWhth.[38] Theoretisch w√ľrde allein die in den oberen drei Kilometern der Erdkruste gespeicherte Energie ausreichen, um die Welt f√ľr etwa 100.000 Jahre mit Energie zu versorgen. Allerdings ist nur ein sehr kleiner Teil dieser Energie technisch nutzbar. Im Arbeitsbericht 84 des B√ľros f√ľr Technikfolgenabsch√§tzung beim Deutschen Bundestag[39] wurde 2003 ein j√§hrliches technisches Angebotspotenzial aus geothermischer ‚ÄěStromerzeugung von ca. 300 TWh/a f√ľr Deutschland ermittelt, was etwa der H√§lfte der gegenw√§rtigen Bruttostromerzeugung entspricht‚Äú. Die Berechnungen in der Studie ermitteln einen nachhaltigen Nutzungszeitraum von eintausend Jahren f√ľr diese Form von 50 Prozent geothermischer Gesamtstromerzeugung. Entscheidenden Einfluss bei der Realisierung einer nachhaltigen Nutzung hat das W√§rmetr√§gerfluid (Wasser oder Dampf). Wird die W√§rme √ľber das Fluid im gro√üen Ma√üstab dem Untergrund entzogen, so wird, in Abh√§ngigkeit von den geologischen Rahmenbedingungen, regional mehr W√§rme entzogen, als durch den nat√ľrlichen W√§rmestrom zun√§chst ‚Äěnachflie√üen‚Äú kann. So gesehen wird die W√§rme zun√§chst ‚Äěabgebaut‚Äú. Nach Beendigung der Nutzung werden sich jedoch die nat√ľrlichen Temperaturverh√§ltnisse nach einer gewissen Zeit wieder einstellen. Das Entnahmeszenario der Studie ber√ľcksichtigt die W√§rmestr√∂me in der Potenzialberechnung. Geothermie ist wie Biomasse oder Wasserkraft bei der Stromerzeugung und nicht w√§rmegesteuerten Kraftwerken grundlastf√§hig.

Regeneration des Wärmereservoirs

Da bei Geothermiekraftwerken in Regionen mit geringem oder durchschnittlichem W√§rmestrom mehr W√§rmeenergie aus der Erdkruste entnommen wird, als nat√ľrlich nachstr√∂men kann, wird die in der Erdkruste gespeicherte Energie abgebaut. Die Nutzungsdauer eines Kraftwerks bzw. Standortes ist also je nach Rate der entnommenen Energie begrenzt. Allerdings regeneriert sich das W√§rmereservoir durch den nat√ľrlichen W√§rmestrom nach einiger Zeit. Die Regeneration eines W√§rmereservoirs im Bereich der Kaltwasserinjektion richtet sich sehr stark nach den geologischen Rahmenbedingungen. Wichtig ist dabei, ob die W√§rme ausschlie√ülich √ľber W√§rmeleitung von unten nachgef√ľhrt wird oder zus√§tzlich W√§rme √ľber den Transport von warmem Wasser konvektiv nachgef√ľhrt wird.

Regeneration in kl√ľftigen System mit dem W√§rmetransport durch Konvektion

W√§rmetransport durch Konvektion ist immer effektiver, da das Problem der Begrenzung des W√§rmetransports durch den Widerstand des Gebirgsk√∂rpers gegen die W√§rmeleitung umgangen wird. Deswegen sollte ein Investor f√ľr Geothermieprojekte nach M√∂glichkeit geologische Regionen suchen, in denen durch Kl√ľfte warmes oder hei√ües Tiefenwasser nachstr√∂mt (offene Kluftsysteme):

  • Karstgebiete (z. B. bayerisches Molassebecken) oder
  • Zonen mit offenen Kluftsystemen (z. B. der Oberrheingraben)

sind daher f√ľr Geothermieprojekte bevorzugte Regionen in Deutschland.

In einer Modellrechnung √ľber den W√§rmetransport wurde in diesem Zusammenhang exemplarisch f√ľr einen Standort im bayerischen Molassebecken das Folgende festgestellt: F√ľr ein hydrothermales System im Malmkarst mit 50l/s Reinjektionsrate und 55 ¬įC Reinjektionstemperatur wurde die folgende Zeitdauer f√ľr die vollst√§ndige W√§rmeregeneration unmittelbar um die Injektionsbohrung nach Abschluss des Dublettenbetriebs bei rein konduktivem W√§rmetransport berechnet: Nach 2.000 Jahren wird eine Temperatur von 97 ¬įC und etwa 8.000 Jahre nach Betriebsende die Ausgangstemperatur von 99,3 ¬įC wieder erreicht: ‚ÄěDie Modellierung der W√§rmeregeneration nach Abschluss eines 50 Jahre w√§hrenden Betriebszeitraumes unter den gegebenen Randbedingungen verdeutlicht, dass fr√ľhestens nach 2000 Jahren mit einer weitgehenden thermischen Regeneration des Reservoirs im Malm zu rechnen ist‚Äú. Die Modellrechnung verdeutlicht aber auch das hohe Potenzial des Reservoirs: ‚ÄěIm vorliegenden Szenario kann zusammengefasst gesagt werden, dass im Betriebszeitraum von 50 Jahren erwartungsgem√§√ü nur von einer geringen thermischen Beeinflussung des Nutzhorizontes auszugehen ist, da die erschlossene Malm-M√§chtigkeit mehrere 100 Meter betr√§gt und somit ein ausreichend gro√ües W√§rmereservoir zur Wiedererw√§rmung des injizierten Wassers zur Verf√ľgung steht. Exemplarisch zeigt ‚Ķ die radiale Kaltwasserausbreitung im Injektionshorizont zu diesem Zeitpunkt mit einem Radius von ca. 800 m.‚Äú[40]

W√§rmetransport ausschlie√ülich √ľber die W√§rmeleitung in dichtem Gestein

In diesen F√§llen kann die nachhaltige Entnahme ausschlie√ülich aus dem W√§rmestrom abgedeckt werden, der durch die W√§rmeleitung geliefert wird. Der W√§rmestrom h√§ngt dann vom W√§rmeleitkoeffizienten ab. Die Entnahme ist dann so zu gestalten, dass w√§hrend der geplanten Betriebsdauer die R√ľcklauftemperatur nicht unter den Mindeswert absinkt, der durch das Nutzungskonzept bestimmt wird.

Risiken

Risiken f√ľr die Sicherheit eines Geothermieprojekts

Die oberflächennahe Geothermie kann bei der Einhaltung des Standes der Technik und einer ausreichend intensiven Überwachung und Wartung so errichtet und betrieben werden, dass in der Regel keine erheblichen Risiken von solchen Anlagen ausgehen. Durch die stark angestiegene Verbreitung dieser Nutzungsform, steigt jedoch auch entsprechend das Risiko von technischem Versagen oder von Fehlplanungen.

Die tiefe Geothermie muss sehr sorgf√§ltig geplant und durchgef√ľhrt werden, um die damit verbundenen Risiken so gering wie m√∂glich zu halten. Die Tiefbohrt√§tigkeiten werden daher von zahlreichen Beh√∂rden intensiv √ľberwacht und setzen ein umfangreiches Genehmigungsverfahren voraus. So wird das gegebene Risiko als planbar herstellbar bezeichnet, wenn z. B. folgende Aspekte beachtet werden:

Risiken seismischer Ereignisse

Kleinere, kaum sp√ľrbare Erdersch√ľtterungen (Seismizit√§t) sind bei Projekten der tiefen Geothermie in der Stimulationsphase (Hochdruckstimulation) m√∂glich. Im sp√§teren Verlauf, soweit nur der Dampf entzogen wird und nicht reinjeziert wird, ist es durch Kontraktion des Speichergesteins zu Landabsenkungen gekommen (z. B. in Neuseeland, Island, Italien). Diese Probleme f√ľhrten bereits zur Einstellung von Geothermieprojekten (z. B. Geysers-HDR-Project der AltaRock Energy Inc.[41] Kalifornien 2009[42] und Kleinh√ľningen bei Basel 2009).

Die Gesteine des Cooperbeckens in Australien gelten f√ľr wirtschaftliche Bohrtiefen und unabh√§ngig von vulkanischer Aktivit√§t als vergleichsweise hei√ü.[43] Als das Reservoir angebohrt wurde, kam es zu einem kleinen Erdbeben mit einer Magnitude auf der Richterskala von 3,7.[44]

Die Wahrscheinlichkeit f√ľr das Auftreten seismischer Ereignisse und deren Intensit√§t richtet sich stark nach den geologischen Gegebenheiten (z. B. wie permeabel die wasserf√ľhrende Gesteinsschicht ist) sowie nach der Art des Nutzungsverfahrens (z. B. mit welchem Druck das Wasser in das Gestein injiziert wird oder mit welchem Druck stimuliert wird).

Generell ist eine verlässliche Bewertung der Risiken durch tiefe Geothermie in Deutschland nur begrenzt möglich, da hierzulande bislang nur wenige langfristige Erfahrungswerte vorliegen.

Ob st√§rkere Schadbeben durch Geothermie ausgel√∂st werden k√∂nnen, ist derzeit noch umstritten, war aber die Grundlage f√ľr die Einstellung des Vorhabens in Basel.

Die Seismizit√§ten von Basel und Landau verdeutlichen, dass eine sorgf√§ltige Planung und Ausf√ľhrung f√ľr die Aufrechterhaltung der Sicherheit in einem Geothermieprojekt wichtig ist:

Kleinh√ľningen bei Basel/Schweiz (2006)

Bei dem Geothermieprojekt Deep Heat Mining Basel in Kleinh√ľningen im Gro√üraum Basel/Schweiz gab es seit dem 8. Dezember 2006 im Abstand von mehreren Wochen bis zu einem Monat f√ľnf leichte Ersch√ľtterungen mit abnehmender Magnitude (von 3,4 bis 2,9).[45][46][47] Dadurch soll ein Schaden zwischen 3 und 5 Mio. Schweizer Franken (ca. 1,8 bis 3,1 Mio. Euro) entstanden sein[48], verletzt wurde niemand.

Die Staatsanwaltschaft in Basel hat gegen den Gesch√§ftsf√ľhrer der Firma Geothermal Explorers Ltd. wegen

  • Sachbesch√§digung mit gro√üem Schaden[49] sowie
  • der Verursachung eines Einsturzes[50]

Anklage erhoben.[51] Das Gericht hat den Geologen jedoch freigesprochen, das strafrechtliche Verfahren ist damit beendet.[52][53]

Inzwischen wurde entschieden, das Vorhaben nicht fortzusetzen, da gemäß einer am 10. Dezember 2009 vorgestellten Risikoanalyse allein während des Anlagenbaus mit weiteren schweren Erdbeben und mit Schäden von rund 40 Millionen Franken gerechnet wird. Während des Betriebs sind zusätzlich Schäden von rund sechs Millionen Schweizer Franken pro Jahr zu erwarten.[54]

Die Erde beruhigt sich nach derartigen Vorfällen meist nur langsam und es kommt oft zu einer ganzen Serie kleinerer Erdstöße.

Landau in der Pfalz (2009)

Auch in Landau in der Pfalz hat es am 15. August und 14. September 2009 leichte Erdersch√ľtterungen gegeben, die mit dem Geothermiekraftwerk Landau in Verbindung gebracht werden.[55] Die Erdst√∂√üe hatten eine St√§rke von ca. 2,5 auf der Richterskala und sind ebenfalls als leicht einzustufen. Die zust√§ndige Aufsichtsbeh√∂rde geht davon aus, dass die in ihrem Auftrag durchgef√ľhrten Berechnungen von vier unabh√§ngigen Instituten alle best√§tigt haben, ‚Äědass das Epizentrum in der N√§he des Kraftwerks liegt‚Äú. Andere Ausl√∂ser k√∂nnten daher gem√§√ü dem Bericht nahezu ausgeschlossen werden.[56] Dieser Meinung ist demnach auch die Bundesanstalt f√ľr Geowissenschaften und Rohstoffe (BGR). Nach Erf√ľllung der Auflagen des Landesbergamtes (Errichtung von Messstationen, Erh√∂hung der Versicherungsschutzes sowie m√∂glichst wenig Druckdifferenz beim Anfahren und Abstellen des Kraftwerks) hat das Kraftwerk den Betrieb wieder aufgenommen.[57] Inzwischen liegt der Abschlussbericht[58] der Expertengruppe ‚ÄěSeismisches Risiko bei hydrothermaler Geothermie‚Äú vor, die feststellt, dass das Erdbeben vom 15. August 2009 bei Landau sich den Ergebnissen der Expertengruppe zur Folge in unmittelbarer N√§he der Bohrloch-Landepunkte (‚ȧ 2 km entfernt) und im gleichen Tiefenbereich wie das geothermisch genutzte Reservoir befindet. Die Expertengruppe ist der Meinung, dass ein kausaler Zusammenhang zwischen der Seismizit√§t seit November 2007 im Bereich um Landau, die auch das Erdbeben vom 15. August 2009 beinhaltet, und der geothermischen Energiegewinnung in Landau sehr wahrscheinlich ist, da sowohl ein enger r√§umlicher als auch ein zeitlicher Zusammenhang gegeben ist. ‚Ķ Die nach derzeitigem Stand der Wissenschaft anerkannte Theorie zur Ursache fluidinduzierter Erdbeben besagt, dass durch die Injektion von Wasser in tiefe Gesteinsschichten der Porenwasserdruck erh√∂ht werden kann. Hierdurch wird die Scherfestigkeit auf pr√§existenten Scher-/Bruchfl√§chen herabgesetzt. Wenn die Spannung im Gestein nun schon vorher nahe der Scherfestigkeit lag, kann dieses Herabsetzen dazu f√ľhren, dass die Scherspannung im Untergrund die Scherfestigkeit √ľberschreitet und somit ein Erdbeben ausgel√∂st wird. Bei diesem Vorgang werden bereits im Untergrund vorhandene tektonische Spannungen abgebaut. ‚Ķ Unerw√ľnscht hohe Seismizit√§t l√§sst sich nach derzeitigem Wissensstand durch Reduktion der Fluidflie√ürate und des Fluiddruckes verringern. Die langsame Fluidausbreitung im Untergrund f√ľhrt jedoch zu einer zeitlichen Verz√∂gerung zwischen der √Ąnderung der hydraulischen Parameter einer Geothermieanlage und der daraus folgenden √Ąnderung der Erdbebent√§tigkeit. Tritt nun eine unerw√ľnscht hohe Erdbebent√§tigkeit auf, kann der Prozess nicht sofort sondern nur zeitlich verz√∂gert verringert werden. Zu Beweissicherung bei m√∂glicherweise in Zukunft eintretenden Beben empfiehlt die Expertengruppe daher das Folgende: Die Expertengruppe empfiehlt, Beobachtungsnetze (seismologisches Netz und Immissionsnetz) so auszulegen, dass innerhalb des Reservoirs Ereignisse deutlich unterhalb der Sp√ľrbarkeitsgrenze vollst√§ndig aufgezeichnet werden k√∂nnen. Die Genauigkeit bei der Bestimmung der Hypozentren sollte so hoch liegen, dass im Zweifelsfall ein m√∂glicher Zusammenhang mit der geothermischen Nutzung hergestellt bzw. ausgeschlossen werden kann und dass die Betreiber angehalten werden, die kontinuierlichen seismologischen Wellenformdaten in Echtzeit in ein gemeinsames Datenzentrum einflie√üen zu lassen sowie vereinheitlichte und abgestimmte seismologische Datenformate zu verwenden sowie die Berechnung der √úberschreitenswahrscheinlichkeit als Funktion der maximalen Bodenschwinggeschwindigkeit (seismische Gef√§hrdungskurve) innerhalb der angenommenen Laufzeit der Geothermieanlage (z. B. 30 Jahre) als Ma√ü f√ľr die seismische Gef√§hrdung durchzuf√ľhren sowie numerische Reservoirmodellierungen durchzuf√ľhren. Hierbei sollte gem√§√ü dem Bericht die durch das Geothermiereservoir verursachte hydraulische Druckausbreitung, die thermische Kontraktion und die daraus resultierenden Spannungs-√§nderungen im Untergrund abgesch√§tzt werden. Ferner soll nach Meinung der Expertengruppe bereits im Voraus ein Reaktionsschema erstellt werden, falls unerw√ľnschte Erdbeben wider Erwarten auftreten sollten, um bereits im Vorfeld festzulegen, wie beim Eintreten bestimmter Seismizit√§t zu reagieren ist. Um durch die Beweissicherung im Schadensfall eine schnelle Regulierung zu garantieren, soll gem√§√ü dem Bericht eine Messnetzes zur Bestimmung der Bodenschwinggeschwindigkeit nach DIN 4150 errichtet werden. Die Expertengruppe stellt fest, dass bis zum 1. Oktober 2010 63 Schadensanmeldungen beim Betreiber des Vorhabens eingegangen sein.[59]

Potzham/Unterhaching bei M√ľnchen (2009)

Am 2. Februar 2009 wurden bei Potzham nahe M√ľnchen zwei Erdst√∂√üe der St√§rke 1,7 und 2,2 auf der Richterskala gemessen. Potzham liegt in unmittelbarer N√§he des 2008 fertig gestellten Geothermiekraftwerks Unterhaching. Die gemessenen Erdst√∂√üe ereigneten sich ca. ein Jahr nach Inbetriebnahme dieses Kraftwerks.[60] Aufgrund der gro√üen Herdtiefe ist ein unmittelbarer Zusammenhang zum Geothermieprojekt Unterhaching jedoch fraglich. Weitere Mikro-Beben wurden gem. Geophysikalischem Observatorium der Uni M√ľnchen in F√ľrstenfeldbruck dort nach der Installation weiterer Seismometer zwar beobachtet, sie lagen jedoch alle unter der F√ľhlbarkeitsgrenze. Auch die gr√∂√üten Ereignisse in Potzham lagen unterhalb der F√ľhlbarkeitsgrenze gem√§√ü der Einteilung der Richterskala. Auch sie wurden daher mit hoher Wahrscheinlichkeit nicht versp√ľrt sondern nur von Ger√§ten aufgezeichnet.

Schäden an Gebäuden und Infrastruktur (indirekt) durch Verformung der Tagesoberfläche (Hebungen/Senkungen) oder (direkt) durch Bohrungen

Oberflächennahe Geothermie

In Deutschland gibt es derzeit fast 200.000 Installationen der oberfl√§chennahen Geothermie. J√§hrlich kommen etwa 40.000 neu dazu. In einigen F√§llen sind Probleme aufgetreten, die jedoch vor Allem einen Bedarf an verbesserter Qualit√§tskontrolle und Qualit√§tssicherung aufgezeigt haben. Herausragend ist in diesem Zusammenhang die Katastrophe von Staufen zu nennen. Dieser und weitere Problemf√§lle sind nachfolgend aufgef√ľhrt; die Stadt Freiburg hat in der Folge ihre Auflagen f√ľr die Nutzung oberfl√§chennaher Geothermie versch√§rft, sie sind jetzt genehmigungspflichtig.[61][62]

Staufen im Breisgau

In Staufen traten im Jahr 2008 nach dem Abteufen mehrerer Erdw√§rmesonden (mit je ca. 140 m Tiefe), zur Beheizung unter anderem des Rathauses, erhebliche kleinr√§umige Hebungen von bis zu 20 cm im bebauten Stadtgebiet auf, die zu gro√üen Zerrungen und Stauchungen bzw. Schiefstellungen an Geb√§uden f√ľhrten. √úber 200 H√§user wurden dabei erheblich besch√§digt. Die Ursache ist offiziell noch nicht gekl√§rt, wahrscheinlich fand aber eine Reaktion von Wasser mit Anhydrit (wasserfreier, dehydrierter Gips) statt.[63] Durch die Umwandlung von Anhydrit zu Gips nimmt das Gestein Kristallwasser auf, wodurch es an Volumen zunimmt. Geschieht dies gro√üfl√§chig, so wird die Ausdehnung ggf. zur Tagesoberfl√§che √ľbertragen und f√ľhrt dort zu punktuellen Hebungen, wodurch die Tagesoberfl√§che deformiert wird. Dadurch entstehen Risse an den betroffenen H√§usern. Das Problem des Aufquellens von Anhydrit bei der Umwandlung zu Gips ist aus dem Tunnelbau und dem Tiefbau bekannt und h√§ngt von den regionalen geologischen Bedingungen ab (z. B. im sog. Gipskeuper S√ľdwestdeutschlands). Unter Umst√§nden spielt auch das Fehlen einer √§u√üeren Verrohrung in den Bohrungen eine Rolle (Man h√§tte in einer verrohrten Bohrung bohren m√ľssen. Dann h√§tte eine √§u√üere Verrohrung der Bohrung den Kontakt zwischen Grundwasser und Gips-Keuper sehr stark reduziert bis vermieden[64]). Die Umwandlung von Anhydrit zu Gips ist auch ein nat√ľrlicher Prozess, immer wenn ein Anhydrit-haltiges Gestein innerhalb der Verwitterungszone mit Oberfl√§chenwasser, Niederschlagswasser bzw. Grundwasser in Kontakt kommt (Hydratationsverwitterung). Ab einer bestimmten Tiefe in der Erdkruste sind die Druck- und Temperaturverh√§ltnisse so hoch, dass eine Kristallumwandlung trotz Wasserkontakt nicht mehr eintritt.

Kamen-Wasserkurl

In Kamen haben sich nach Erdw√§rmebohrungen zur Erschlie√üung oberfl√§chennaher Geothermie im Juli 2009 mehrere Tage lang die H√§user gesetzt. ‚ÄěDie Ursache, warum in Kamen-Wasserkurl 48 Kubikmeter Boden pl√∂tzlich in einem Loch verschwanden, ist gekl√§rt: Erdw√§rmebohrungen vergr√∂√üerten bereits vorhandene Risse im Felsgestein. Die Schuldfrage kann indes nur in einem langwierigen Rechtsverfahren gekl√§rt werden.‚Äú[65]

Allgemeine Risiken

Bei der Förderung von Thermalfluiden (Wasser/Gas) stellen ggf. die Wasserinhaltsstoffe eine Umweltgefahr dar, falls das Fluid nicht reinjiziert wird. Die Reinjektion der Thermalfluide ist jedoch mittlerweile Standard.

Nach gesetzlichen Bestimmungen muss ausgeschlossen werden, dass Quellen oder sogar Heilquellen durch das Geothermieprojekt beeinträchtigt werden. Enthalten die durchströmten Erdschichten Sulfide, so kann

Schwefelwasserstoff freigesetzt werden.

Wichtig ist es auch, den Aspekt der Versauerung von Wasser aus tiefen, sauerstofffreien Grundwasserschichten wegen Oxidation von Eisen II zu Eisen III (Bildung von braunem Eisenoker) zu beachten.

Durch Ableitung von Eisen-II-haltigem Wasser in eine Vorflut (Bach oder Fluss) findet die Oxidation zu Eisen III unter Sauerstoffverzehr im Fluss statt, wodurch, je nach Konzentrationen, mit sehr hoher Wahrscheinlichkeit ein Fischsterben eintritt, da

  • dann kein gel√∂ster Sauerstoff im Wasser f√ľr die Fische zur Atmung zur Verf√ľgung steht und
  • auch die Fische beim Luftschnappen an der Oberfl√§che √ľber die Kiemen keinen Sauerstoff aufnehmen k√∂nnen, da die Kiemen mit Eisenoker zugesetzt und damit f√ľr den Sauerstoff undurchl√§ssig, also verstopft werden. Das Verursachen eines Fischsterbens ist eine Straftat nach ¬ß 324 (Gew√§sserverunreinigung), ¬ß 326 (Unerlaubter Umgang mit gef√§hrlichen Abf√§llen), ¬ß 329 (Gef√§hrdung schutzbed√ľrftiger Gebiete), ¬ß 330 Abs. 1 Nr. 1 ‚Äěein Gew√§sser ‚Ķ derart beeintr√§chtigt, da√ü die Beeintr√§chtigung nicht, nur mit au√üerordentlichem Aufwand oder erst nach l√§ngerer Zeit beseitigt werden kann‚Äú (Besonders schwerer Fall einer Umweltstraftat) Strafgesetzbuch.

Im Bereich der oberfl√§chennahen Geothermie besteht das Risiko, bei Nutzung eines tieferen Grundwasserleiters den trennenden Grundwassernichtleiter derart zu durchsto√üen, dass ein die Grundwasserstockwerke verbindendes Fenster entsteht, mit der m√∂glichen Folge nichterw√ľnschter Druckausgleiche und Mischungen. Bei einer ordnungsgem√§√üen Ausf√ľhrung der Erdw√§rmesonde wird dies allerdings zuverl√§ssig verhindert.

Ein weiteres potenzielles Risiko bei einer Geothermiebohrung ist das Durchbohren von Artesern, da der artesische Austritt von Grundwasser nur sehr schwer beziehungsweise kostenaufw√§ndig zu stoppen ist und sehr gro√üe Sch√§den durch eine dann eintretende √úberschwemmung eintreten k√∂nnen (Straftat nach dem ¬ß 313 Strafgesetzbuch).[66]

Auch gespannte Gase k√∂nnen unvermutet angetroffen werden. Denkbar sind Kohlendioxid und Stickstoff, aber auch Erdgas gegebenenfalls in Zusammenhang mit Erd√∂l. Solche Funde sind meistens nicht wirtschaftlich verwertbar, f√ľhren aber zu hohen Zusatzkosten auch wegen

Bei der Planung sollte daher sorgf√§ltig untersucht werden, welche geologischen Risiken bei der Planung durch entsprechende Sicherungsma√ünahmen wie Preventer, Verrohrung, Schwersp√ľlung etc. nachweislich mit ausreichender Sicherheit beherrscht werden m√ľssen.

Regeln der Technik zur Minimierung der Risiken

Zur Beherrschung des Problems Induzierte Seismizität hat der GtV-Bundesverband Geothermie mit Hilfe einer internationalen Forschergruppe ein Positionspapier erarbeitet, das als Hauptteil umfangreiche Handlungsanweisungen zur Beherrschung der Seismizität bei Geothermieprojekten vorschlägt.[67]

Im Zusammenhang mit Geb√§udesch√§den in der Stadt Staufen ist eine Diskussion um Risiken der oberfl√§chennahen Geothermie entbrannt. Untersuchungen dazu, ob das Aufquellen von Anhydrit die Ursache sein k√∂nnte, wurden inzwischen beauftragt. Das Landesamt f√ľr Geologie, Rohstoffe und Bergbau in Freiburg hat als Konsequenz empfohlen, bei Gips- oder Anhydritvorkommen im Untergrund auf Erdw√§rmebohrungen zu verzichten.[68] Da ganz geringe Mengen an Gips/Anhydrit bei etwa zwei Drittel der Fl√§che des Landes vorkommen k√∂nnen, deren genaue Verbreitung aber weitgehend unbekannt ist, wurde diese Vorgehensweise von der Geothermie-Industrie als √ľberzogen kritisiert.[69]

Hinweise, wie eine sichere Geothermiebohrung hergestellt werden kann, findet man im Leitfaden zur Nutzung von Erdw√§rme mit Erdw√§rmesonden des Umweltministeriums Baden-W√ľrttemberg.[70]

Risiken f√ľr die Wirtschaftlichkeit eines Geothermieprojekts

Risiken f√ľr die Wirtschaftlichkeit eines oberfl√§chennahen Geothermieprojekts

Bei der oberfl√§chennahen Geothermie besteht das gr√∂√üte Risiko in einer √úbernutzung der Geothermiepotentiale. Wenn benachbarte Geothermieanlagen sich gegenseitig beeinflussen, kann die Vorlauftemperatur der im Abstrom des Grundwassers gelegene Anlage so weit abgesenkt werden, dass die W√§rmepumpe nur noch mit einer sehr ung√ľnstigen Leistungszahl betrieben werden kann. Dann heizt der Nutzer im Grunde genommen mit Strom und nicht mit Erdw√§rme. Das t√ľckische daran ist, dass die Fl√§che im Anstrom des Grundwassers, in der eine Errichtung einer weiteren Anlage zu einer zus√§tzlichen erheblichen Absenkung der Temperatur des Grundwassers f√ľr die betroffene Anlage f√ľhrt, sehr gro√ü sein kann und es f√ľr den Betreiber schwierig ist, die Ursache hierf√ľr zu erkennen. Er wird das wahrscheinlich nur merken, wenn er den au√üentemperaturbereinigten Stromverbrauch ins Verh√§ltnis zur genutzten W√§rmemenge setzt, um so die Leistungszahl beobachten zu k√∂nnen. Das erfordert aber die Kenntnis der mittleren wirksamen Au√üentemperatur und der im Haus abgegebenen W√§rmemenge und bedarf eines gro√üen Messaufwandes.

Risiken f√ľr die Wirtschaftlichkeit eines tiefen Geothermieprojekts

Bei der tiefen Geothermie ist vor allem das F√ľndigkeitsrisiko und das Umsetzungsrisiko zu beachten.

Die Risiken k√∂nnen beim Eintreten des Schadensfalls zu einer Unwirtschaftlichkeit des Vorhabens f√ľhren. Um das Scheitern von Geothermieprojekten zu verhindern, bietet die √∂ffentliche Hand f√ľr Kommunen B√ľrgschaften an (z.B. durch die KfW), die wirksam werden, wenn zum Beispiel in einer Bohrung kein hei√ües Tiefenwasser in ausreichender Menge angetroffen wird. Auch einige gro√üe Versicherungen bieten solche Versicherungsprodukte an.

F√ľndigkeitsrisiko

Das F√ľndigkeitsrisiko definiert sich aus den beiden Parametern Temperatur und Sch√ľttung. Das hei√üt kann eine notwendige Mindesttemperatur und eine Mindestsch√ľttungsrate f√ľr einen wirtschaftlichen Betrieb der Geothermieanlage erreicht werden. Um das F√ľndigkeitsrisiko f√ľr den Investor abzufedern, werden mittlerweile F√ľndigkeitsversicherungen auf dem Versicherungsmarkt angeboten. Laut der Presseerkl√§rung des Bundesumweltministeriums, der KfW Bankengruppe und der M√ľnchener R√ľck vom 25.Februar 2009 sind "Die hohen Bohrkosten sind wegen des Risikos, in der Tiefe nicht f√ľndig zu werden, das gr√∂√üte Investitionshemmnis f√ľr Tiefengeothermie-Projekte. Die kommerzielle Nutzung der Tiefen-Erdw√§rme f√ľr die W√§rme- und/oder Stromgewinnung h√§ngt entscheidend davon ab, dass im Untergrund ausreichende Mengen an gen√ľgend hei√üem Wasser vorgefunden werden. Investitionen von oft mehr als 10 Mio. ‚ā¨ stehen pro Projekt im Risiko. Mit dem F√∂rderinstrument von BMU, KfW und M√ľnchener R√ľck soll nun das so genannte F√ľndigkeitsrisiko f√ľr Investoren deutlich verringert werden. Im Einzelnen ist geplant, dass die KfW Darlehen f√ľr Tiefengeothermiebohrungen √ľber Gesch√§ftsbanken gew√§hrt. Es werden maximal bis zu 80 Prozent der f√∂rderf√§higen Kosten finanziert. Wird die Nicht-F√ľndigkeit festgestellt, wird der Investor ab diesem Zeitpunkt von der R√ľckzahlung des Restdarlehens freigestellt. Das F√ľndigkeitsrisiko der jeweiligen Tiefengeothermieprojekte und damit die F√∂rderw√ľrdigkeit wird im Vorfeld der Darlehensvergabe √ľberpr√ľft. Die F√∂rderdarlehen enthalten neben den √ľblichen Darlehenszinsen einen ‚ÄěRisikoaufschlag‚Äú f√ľr das F√ľndigkeitsrisiko. Zus√§tzlich fallen einmalige Geb√ľhren bei Antragstellung und Abschluss des Darlehensvertrages an. Im Gegenzug erh√§lt der Investor eine sachkundige √úberpr√ľfung sowie Begleitung seines Tiefengeothermieprojektes vor und w√§hrend der Bohrphase."[71]

Umsetzungsrisiko

Wenn beispielsweise Kluftzonen durch einen Riss (Frac) erst geschaffen werden m√ľssen, um zwei Bohrungen zu verbinden und dabei die Oberfl√§che des aufgerissenen Gebirges als Fl√§chenw√§rmetauscher zu nutzen, dann kann es passieren, dass die Risse die Bohrung nicht verbinden oder nach einiger Zeit kollabieren und damit ihre Funktion verlieren. Hier kann man von dem Umsetzungsrisiko sprechen, welches je nach Konzept und Standort unterschiedlich hoch sein kann.

Betriebsrisiko

W√§hrend des Betriebes k√∂nnen Prozesse zu Einwirkungen auf das Projekt f√ľhren, die den W√§rmeertrag so minderen, dass unplanm√§√üige Wartungsarbeiten erforderlich werden (z. B. Aufl√∂sungen von Kristallbildungen durch S√§uerung). Da dann meistens teure Bohrausr√ľstungen angemietet und Fachleute bezahlt werden m√ľssen, kann das zur Unwirtschaftlichkeit des Gesamtvorhabens f√ľhren.

Konkurrierende Nutzung

Konkurrierende Nutzung zur Tiefengeothermie k√∂nnen Projekte der Kohlenwasserstofff√∂rderung oder- speicherung darstellen. Vor allem der starke Ausbau von Untertage-Gasspeichern steht in einigen Regionen Deutschlands (Molasse, Norddeutsche Ebene, Rheintalgraben) in direkter Konkurrenz zu tiefengeothermischen Projekten. Aktuell in der Diskussion ist auch die Nutzungkonkurrenz durch die Absicht gro√üer Kohlekraftwerksbetreiber und der Industrie, verfl√ľssigtes CO2 in den Untergrund zu Verpressen (CCS-Technologie). Die RWE Dea AG hat dazu bereits die H√§lfte des Landes Schleswig-Holstein bergrechtlich reserviert. Sollte es zu einer Untersuchungsgenehmigung kommen, so w√§re dieser Bereich f√ľr die Aufsuchung und Nutzung von Erdw√§rme ausgeschlossen.[72]

Siehe auch

Literatur

Statistikquellen
  • R. Bertini: World geothermal generation 2001-2005. World Geothermal Congress, Antalya 2005 (pdf, online).
  • Imagekampagne: Unendlich viel Energie.
  • J. Lund u. a.: World wide direct use of geothermal energy 2005. World Geothermal Congress, Antalya 2005 (pdf, online).
  • R. Schellschmidt u. a.: Geothermal energy use in Germany. World Geothermal Congress, Antalya 2005 (pdf, online).
  • V. Steffansson: World geothermal assessment. World Geothermal Congress, Antalya 2005 (pdf, online).
  • J. Lund: Ground Heat ‚Äď worldwide utilization of geothermal energy. Renewable Energy World, 2005.
Allgemeines
  • C. Clauser: Geothermal Energy. In: K. Heinloth (Hrsg.): Landolt-B√∂rnstein, 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.
  • Burkhard Sanner: Erdw√§rme zum Heizen und K√ľhlen. Potentiale, M√∂glichkeiten und Techniken der Oberfl√§chennahe Geothermie. Kleines Handbuch der Geothermie. Bd 1. Red. B. Sanner, W., Bu√ümann. Geothermische Vereinigung, Geeste 2001 (3. √ľberarb. Aufl.), ISBN 3-932570-21-9.
  • W.J. Eugster, 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‚Äď286, ISSN 0031-9252.
  • F. Rummel, O. Kappelmeyer (Hrsg.): Erdw√§rme, Energietr√§ger der Zukunft? Fakten ‚Äď Forschung ‚Äď Zukunft/Geothermal Energy, Future Energy Source? Facts-Research-Futur. Unter Mitarbeit von J. Jesse, R. Jung, Fl. Rummel & R. Schulz. C. F. M√ľller, Karlsruhe 1993, ISBN 3-7880-7493-0.
  • Michael Tholen, Dr. Simone Walker-Hertkorn: Arbeitshilfen Geothermie Grundlagen f√ľr oberfl√§chennahe Erdw√§rmesondenbohrungen, Wirtschafts- und Verlagsgesellschaft Gas und Wasser mbH, Bonn 2007, ISBN 978-3-89554-167-4.
  • Zeitschrift Geowissenschaften, Hefte 7+8 (1997, Sonderhefte mit dem Thema Geothermie).
  • Zeitschrift Sonderheft bbr Oberfl√§chennahe Geothermie, Wirtschafts- und Verlagsgesellschaft Gas und Wasser mbH, Bonn Dezember 2008.

Weblinks

 Commons: Geothermie ‚Äď Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien
Wiktionary Wiktionary: Geothermie ‚Äď Bedeutungserkl√§rungen, Wortherkunft, Synonyme, √úbersetzungen

Einzelnachweise

  1. ‚ÜĎ a b H√§lfte der Erdw√§rme kommt aus radioaktivem Zerfall. NPO Nature Geoscience, 18. Juli 2011
  2. ‚ÜĎ tab.fzk.de (PDF) Seite 18
  3. ‚ÜĎ V. Steffansson: World geothermal assessment (PDF)
  4. ‚ÜĎ Tiefen-Geothermie in Down Under. Australien sieht sich als Labor f√ľr die umstrittene ¬ęhot rock¬Ľ-Technologie
  5. ‚ÜĎ Super C: Tiefenw√§rme nicht wirtschaftlich (Aachener Zeitung, 18. Juli 2011)
  6. ‚ÜĎ info-geothermie.ch
  7. ‚ÜĎ Tiefen-EWS Oftringen (706 m) (PDF) Direktheizen mit einer 40-mm-2-Kreis PE-Tiefen-Erdw√§rmesonde
  8. ‚ÜĎ patent-de.com
  9. ‚ÜĎ NZZ-online: St√∂r als Frutigtaler Qualit√§tsprodukt, 16. September 2006
  10. ‚ÜĎ jenbach.at: Geothermisches Tunnelkraftwerk Jenbach (PDF)
  11. ‚ÜĎ http://www.gmk.info/ORC_Geothermie.113.html?
  12. ‚ÜĎ Geothermie ger√§t unter Druck. In: taz
  13. ‚ÜĎ energyprofi.com, abgerufen am 20.Oktober 2011
  14. ‚ÜĎ Masdar Starts Geothermal Drilling (in Englisch) Artikel auf RenewableEnergyWorld.com vom 24. M√§rz 2010
  15. ‚ÜĎ J. Bertani: Geothermal Power Generation in the world - 2005-2010 Update Report. Proceedings of the World Geothermal Congress 2010.
  16. ‚ÜĎ J. Lund: Ground Heat - worldwide utilization of geothermal energy. Renewable Energy World, 2005.
  17. ‚ÜĎ J. Bertani: Geothermal Power Generation in the world ‚Äď 2005‚Äď2010 Update Report. Proceedings of the World Geothermal Congress 2010.
  18. ‚ÜĎ geothermie-nachrichten.de, 2008, Dr. Burkhard Sanner: Erdgekoppelte W√§rmepumpen in Deutschland und Europa: ein Wachstumsmarkt ‚Äď Rechtliche Situation der Geothermie in europ√§ischen L√§ndern; Deutschland(3. Oktober 2010)
  19. ‚ÜĎ Beate Beule: Restrisiko - Freiburg versch√§rft Auflagen f√ľr Geothermie-Projekte badische-zeitung.de, Lokales, Freiburg, 16. M√§rz 2010 (17. Oktober 2010)
  20. ‚ÜĎ Wulf R√ľskamp: Neue Grenzen f√ľr Erdw√§rme-Bohrungen. In: Badische Zeitung, 19. August 2011
  21. ‚ÜĎ bkz-online.de bkz-online.de, 8. September 2011: Neue Grenze bei Erdw√§rmebohrung (10. September 2011)
  22. ‚ÜĎ Deutsches GeoForschungsZentrum: Intelligent die W√§rme der Erde nutzen, 26. Februar 2009
  23. ‚ÜĎ gebo-nds.de
  24. ‚ÜĎ Geothermisches Informationssystem f√ľr Deutschland: Verzeichnis Geothermischer Standorte
  25. ‚ÜĎ Pressemitteilung des Branchenverbandes
  26. ‚ÜĎ Entwicklung der Neuanlagen
  27. ‚ÜĎ Bayerisches Staatsministeriums f√ľr Umwelt, Gesundheit und Verbraucherschutz: Oberfl√§chennahe Geothermie - √úbersichtskarte Bayern 1:200.000 (PDF 9,6MB), siehe Umgebung von Ansbach.
  28. ‚ÜĎ Bundesverband Geothermie. e. V.: Politischer Einsatz f√ľr Bad Urach
  29. ‚ÜĎ pfalzwerke.de
  30. ‚ÜĎ firstgeotherm.de: Daten zum Projekt Speyer von der Firma FirstGeoTherm
  31. ‚ÜĎ speyer-aktuell.de: Stadtwerke Speyer verpachten ehemaliges Geothermie-Gel√§nde, 20. September 2006
  32. ‚ÜĎ erdwerk.com (PDF)
  33. ‚ÜĎ merkur-online.de
  34. ‚ÜĎ geothermie-soultz.fr: GEIE - Le programme G√©othermie Soultz, abgerufen am 25. Juni 2008 (franz√∂sisch)
  35. ‚ÜĎ Definitives Aus f√ľr Basler Geothermieprojekt. In: Neue Z√ľrcher Zeitung, 10. Dezember 2009. Abgerufen am 11. Dezember 2009.
  36. ‚ÜĎ Geothermie-Projekt der Stadt St. Gallen. In: Geothermie-Projekt
  37. ‚ÜĎ Dr. Martin Kruska, EUtech Energie Management GmbH; Jonas Mey, Greenpeace Deutschland e. V.: Studie 2000 Megawatt ‚Äď sauber! (PDF) September 2005.
  38. ‚ÜĎ Forschungsstelle f√ľr Energiewirtschaft e. V.: Niedertemperatur-Netz mit dezentraler W√§rmeerzeugung
  39. ‚ÜĎ B√ľro f√ľr Technikfolgenabsch√§tzung beim Deutschen Bundestag: M√∂glichkeiten geothermischer Stromerzeugung in Deutschland (PDF) Arbeitsbericht Nr. 84, Februar 2003 (PDF)
  40. ‚ÜĎ F. Wenroth, T. Fitzer, M. Gropius, B. Huber, A. Schubert: Numerische 3D-Modellierung eines geohydrothermalen Dublettenbetriebs im Malmkarst. (PDF) In: Geothermische Energie 48/2005, August 2005. Seite 16‚Äď21.
  41. ‚ÜĎ AltaRock Energy #Status in der englischsprachigen Wikipedia
  42. ‚ÜĎ Geothermie unter Druck: HDR Projekt innerhalb am Standort The Geysers in den USA wird eingestellt. heise-online, 15. Dezember 2009
  43. ‚ÜĎ Economics of Geothermal Energy geodynamics.com.au (25. Oktober 2007)
  44. ‚ÜĎ C. J. Bromley: Geothermal Energy from Fractured Reservoirs ‚Äď Dealing with Induced Seismicity (PDF) iea.org, IEA Open Journal 48, S. 5, Heft 7/2007
  45. ‚ÜĎ Basler Zeitung: Erneut Erdbeben in Basel wegen Geothermieprojekt (nicht mehr aufrufbar)
  46. ‚ÜĎ Erneut Erdbeben am Bohrloch von Basel. In: Spiegel Online, 16. Januar 2007
  47. ‚ÜĎ news.ch: Erneuter Geothermie-Erdstoss in der Region Basel, 21. M√§rz 2007
  48. ‚ÜĎ Basler Zeitung: Geothermie-Erdst√∂sse: 3 bis 5 Millionen Franken Schaden
  49. ‚ÜĎ Die Bundesbeh√∂rden der Schweizerischen Eidgenossenschaft: Art. 144 Sachbesch√§digung im 2. Buch des Strafgesetzbuches der Schweiz
  50. ‚ÜĎ Die Bundesbeh√∂rden der Schweizerischen Eidgenossenschaft: Art. 227 Verursachen ‚Ķ eines Einsturzes im 2. Buch des Strafgesetzbuches der Schweiz
  51. ‚ÜĎ NZZ-online: Anklage wegen Verursachung von Erdbeben, 5. M√§rz 2008
  52. ‚ÜĎ Freispruch f√ľr den leitenden Geologen. In: Spiegel-online, 22. Dezember 2009. Abgerufen am 22. Dezember 2009.
  53. ‚ÜĎ Freispruch f√ľr Erdbebenmacher - Geologe hat nicht vors√§tzlich gehandelt. In: NZZ Online, 21. Dezember 2009 (22. Dezember 2009)
  54. ‚ÜĎ Definitives Aus f√ľr Basler Geothermieprojekt. In: Neue Z√ľrcher Zeitung, 10. Dezember 2009. Abgerufen am 11. Dezember 2009.
  55. ‚ÜĎ Das Beben von Landau. In: Der Spiegel. Nr. 39, 2009 (online).
  56. ‚ÜĎ ad hoc news: Betriebsgenehmigung ‚Äď Hinweise auf Geothermie-Werk als Erdbeben-Ursache verdichten sich, 15. Oktober 2009
  57. ‚ÜĎ Landau: Geothermie-Kraftwerk l√§uft wieder. In: Mannheimer Morgen
  58. ‚ÜĎ Abschlussbericht (PDF)
  59. ‚ÜĎ Nach den von vereidigten Sachverst√§ndigen erstellten Baugutachten sind 51 (= 81 Prozent) der Meldungen gesichert keine Ersch√ľtterungs-, sondern vor allem herk√∂mmliche Bausch√§den. Demnach wurden 12 Meldungen als Ersch√ľtterungssch√§den eingestuft, wobei bei allen 12 Meldungen es sich nach den Gutachten ausschlie√ülich um ‚Äěhaarfeine Sch√∂nheitsrisse ohne baustatische Relevanz‚Äú handelt.
  60. ‚ÜĎ Erdbebendienst Bayern: Erdbeben in Bayern seit dem Jahr 1390
  61. ‚ÜĎ Beate Beule: Restrisiko ‚Äď Freiburg versch√§rft Auflagen f√ľr Geothermie-Projekte. In: Badische Zeitung, Lokales, Freiburg, 16. M√§rz 2010 (17. Oktober 2010)
  62. ‚ÜĎ badische-zeitung.de, Nachrichten, S√ľdwest, 26. Februar 2010, Bastian Henning: Ein Traum ist geplatzt ‚Äď Basel, Staufen und Schorndorf in Schwaben haben das Vertrauen in die Geothermie ersch√ľttert (17. Oktober 2010)
  63. ‚ÜĎ Nach Erdw√§rme-Bohrung: Eine Stadt zerrei√üt''. In: Spiegel Online, 15. November 2008
  64. ‚ÜĎ Zitat aus einem Interview in Forschung aktuell, Deutschlandfunk, 29. Juni 2009
  65. ‚ÜĎ derwesten.de
  66. ‚ÜĎ (Zum Beispiel j√ľngst Arteser am hessischen Finanzministerium Wiesbaden, der nach einiger Zeit mit Zement ausreichender Dichte totgepumpt wurde).
  67. ‚ÜĎ Positionspapier Seismizit√§t (PDF)
  68. ‚ÜĎ Staatsanzeiger Nr  6 vom 20. Februar 2009, S. 13.
  69. ‚ÜĎ Modernisierungsmagazin 1‚Äď2, 2009, S. 9.
  70. ‚ÜĎ Leitfaden zur Nutzung von Erdw√§rme mit Erdw√§rmesonden des Umweltministeriums Baden-W√ľrttemberg (PDF).
  71. ‚ÜĎ Erneuerbare Energien. Geothermie-Projekte bekommen R√ľckhalt Bundesumweltministerium, KfW Bankengruppe und M√ľnchener R√ľck f√∂rdern mit vereinten Kr√§ften.
  72. ‚ÜĎ Verb√§ndeanh√∂rung im BMWi am 27. August 2010 zeigt erhebliche Widerst√§nde gegen neuen Anlauf f√ľr CCS-Gesetz.
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