Als oberflächennahe Geothermie gilt die Nutzung der Erdwärme aus bis zu 400 Meter Tiefe. Wärme aus diesem Tiefenstockwerk muss aufgrund der noch relativ geringen Temperatur auf ein nutzbares Temperaturniveau gehoben werden. Um beispielsweise Gebäude mit oberflächennaher Geothermie heizen zu können, sind daher Wärmepumpen erforderlich. Oberflächennahe Geothermie aus dem Erdreich zählt, neben der Umweltwärme aus der Luft oder aus Oberflächengewässern, zur Umgebungswärme.
Die tiefe Geothermie stößt gegenüber der oberflächennahen Nutzung von Erdwärme in andere Dimensionen vor. Es werden nicht nur Wärmereservoire in größeren Tiefen erschlossen und dabei Bohrlöcher von bis zu fünf Kilometer Tiefe gebohrt. Auch die damit betriebenen Anlagen sind wesentlich größer und leistungsfähiger. Mit Erdwärme aus Tiefengeothermie werden Wärmenetze gespeist und ganze Stadtviertel mit Heizwärme versorgt. Ist das Temperaturniveau hoch genug, kann mit einem Geothermiekraftwerk auch Strom erzeugt werden. Geothermie ist nicht von Wettereinflüssen abhängig und kann das ganze Jahr über annähernd ununterbrochen umweltfreundlichen Strom liefern. In einer vom Bundesumweltministerium geförderten Demonstrationsanlage in Unterhaching bei München wurden die Nutzungsformen Wärmebereitstellung und Stromerzeugung miteinander kombiniert. Es war die erste Anlage dieser Art im Süddeutschen Molassebecken. Inzwischen wird über das im Laufe der Zeit weiter ausgebaute Fernwärmenetz so viel Wärme direkt genutzt, dass die Stromerzeugungsanlage außer Betrieb genommen wurde. Gleichzeitig wurde mit der Nachbargemeinde Grünwald deutschlandweit erstmalig ein Wärmeverbund gegründet. Über eine Verbindungsleitung ist es durch diesen wechselseitigen Austausch möglich, die Anlagen besser auszulasten und den Anteil der nicht-erneuerbaren Energien in beiden Gemeinden weiter zu verringern. Bei der Stromerzeugung können in einem Geothermiekraftwerk verschiedene Arbeitsmittel eingesetzt werden. Dabei ist auf deren Klimawirksamkeit zu achten und Wert auf eine effiziente und sichere Anlagentechnik zu legen. Hierzu wurden im Auftrag des Umweltbundesamtes Untersuchungen zum Einsatz von fluorierten Arbeitsmitteln durchgeführt und Maßnahmen zur Steigerung der Energieeffizienz analysiert. Eine Auswertung der Umwelteffekte bei der Stromerzeugung mit tiefer Geothermie hat ergeben, dass diese gegenwärtig und zukünftig einen Beitrag zur nachhaltigen Energieversorgung leisten kann. Die Umwelteffekte sind lokal begrenzt und technisch beherrschbar. Strom- und Wärmeerzeugung aus Geothermie stellt gemeinsam mit anderen erneuerbaren Energien eine umwelt- und klimafreundliche Alternative zur fossilen Energie dar, die schon heute Treibhausgasemissionen vermeidet. In der Studie "Energieziel 2050" des Umweltbundesamtes im Jahr 2010 zu der Realisierbarkeit einer rein erneuerbaren Energieversorgung wurde für die Stromerzeugung aus Geothermie ein beachtliches Potenzial ermittelt. Die weiterentwickelten Szenarien der RESCUE-Studie aus dem Jahr 2019 sehen Geothermie als eine wesentliche Quelle für die zukünftige treibhausgasneutrale Wärmeversorgung. Die Wärme aus tiefer Geothermie kann im Rahmen des Energiesystemumbaus einen Beitrag zur Dekarbonisierung bestehender Fernwärmenetze oder zum Ausbau der Fernwärme liefern und so auf kommunaler Ebene zum Klimaschutz beitragen. Der Leitfaden „Ein neuer Weg zu effizienten Wärmenetzen mit Niedertemperaturwärmeströmen“ zeigt Kommunen, wie tiefe Geothermie oder andere emissionsfreie Wärmequellen unter Berücksichtigung lokaler Gegebenheiten in der Nah- und Fernwärme genutzt werden können. Der Leitfaden wurde im Rahmen eines Forschungsvorhabens entwickelt, das am Beispiel der tiefen Geothermie aufzeigt, welche Vorteile die direkte Nutzung von Niedertemperaturwärmequellen bietet. Zudem wird dabei auf das Nutzungspotential der tiefen Geothermie in Deutschland eingegangen und die exergetische Effizienz mit der von anderen Wärmeerzeugungstechniken verglichen. Die Potenzialanalyse wurde bei der Berichterstattung an die EU zur Erneuerbare-Energien-Richtlinie (RED-Bericht) und zur Energieeffizienz-Richtlinie (EED-Bericht) aufgegriffen. Fernwärmenetze und Wärmespeicher ermöglichen es zudem, die Erzeugungssektoren Strom und Wärme miteinander zu verbinden und die Flexibilitätsoptionen der Strom- und Wärmeerzeugung aus der tiefen Geothermie systemdienlich zu nutzen. Technisch gesehen bestimmt neben der Temperatur die Durchlässigkeit des Gesteins im Förderhorizont die erfolgreiche geothermische Nutzung. In den meisten Fällen ist von vornherein ausreichend Thermalwasser sowie eine gute Durchlässigkeit vorhanden, mithilfe von hydraulischen und chemischen Stimulationsmaßnahmen könnte diese jedoch auch erhöht werden. Mögliche Umweltauswirkungen, die dabei befürchtet werden – in der Hauptsache sind dies induzierte Seismizität und mögliche Beeinträchtigungen der zur Trinkwasserversorgung dienenden Grundwasserleiter und Oberflächengewässer – waren Gegenstand eines Gutachtens. Auch hier zeigt sich, dass bei Einhaltung der gesetzlichen Vorgaben und Nutzung geeigneter Frühwarnsysteme keine unbeherrschbaren Risiken für die Umwelt bestehen. Das geothermische Potenzial und auch die Notwendigkeit, nachhaltige Entwicklungsprozesse zu fördern, richtet sich nicht nach Landesgrenzen. Im Rahmen eines Beratungshilfeprojektes wurden daher die Nutzungsmöglichkeiten für „Geothermische Strom- und Wärmeerzeugung in Ungarn“ untersucht.
 Schema eines geothermischen Kraftwerks mit einer sogenannten Dublette Quelle: Blöcher/Frick GFZ
Wie man Erdwärme zum Heizen, Kühlen und zur Stromerzeugung erschließt, können Schülerinnen und Schüler von der Schülergruppe aus einer Broschüre für die Jahrgangsstufen 7 bis 10 erfahren. Für ein Referat machen sie sich schrittweise mit den zahlreichen Möglichkeiten der Energie aus der Tiefe vertraut. Ergänzende Materialien stehen für Lehrende auf Anfrage zur Verfügung. Geothermie ist eine der wichtigsten Wärmequellen unseres Planeten und wird zur Versorgung von Einfamilienhäusern, Fernwärmenetzen als auch zur Stromgewinnung eingesetzt. Unter der Oberfläche unserer Erde befindet sich eine gewaltige, praktisch unerschöpfliche Energiequelle: Die Geothermie. 99 % des Erdinneren sind heißer als 1000 °C. Und selbst die verbleibenden 1 % sind noch einmal wieder 99 % heißer als 100 °C. Geothermie, die Wärme unseres Planeten, reicht aus, um damit den Energiebedarf aller Menschen um etwa das 2.5fache zu decken. Genutzt wird Geothermie bislang nur vergleichsweise wenig. Dennoch könnte die Geothermie einen wichtigen Beitrag zur Lösung unserer Energieprobleme leisten. Erprobte und wirtschaftliche Technologien stehen dafür zur Verfügung. Unter Geothermie versteht man die Nutzung der Erdwärme zur Gewinnung von Strom, Wärme und Kälteenergie. Man unterscheidet die oberflächennahe Geothermie bis zu 400 Metern Tiefe und die Tiefengeothermie. Von tiefer Geothermie wird in der Regel bei Geothermieanlagen mit Bohrtiefen von mehr als 400 Metern gesprochen. Die meisten der derzeit in Deutschland genutzten tiefen Geothermiebohrungen sind zwischen circa 2000 und 3500 Metern tief. In Norddeutschland werden die Potenziale der tiefen Geothermie bisher kaum genutzt. Hauptgründe hierfür sind unter anderem die hohen Bohrkosten und das so genannte Fündigkeitsrisiko. Das Fündigkeitsrisiko ist das Risiko eine Bohrung niederzubringen und beispielsweise aufgrund zu geringer Fördermenge, zu geringer Temperatur oder nicht handhabbarer Wasserqualität nicht den notwendigen Wärmegewinn daraus zu erzielen. Bei einer geothermischen Nutzung wird i.d.R. das in den Sandsteinschichten vorhandene Thermalwasser über mindestens eine Bohrung gefördert und über mindestens eine zweite Bohrung zurückinjiziert. Ein Teil der darin gespeicherten Wärme wird an der Erdoberfläche über Wärmetauscher entzogen. Damit können Wärmenetze oder Einzelabnehmer mit großem Wärmebedarf, wie beispielsweise Gewächshäuser oder Schwimmbäder, versorgt werden. Das Verfahren wird bereits in mehr als 20 Anlagen in Mecklenburg-Vorpommern, in den Niederlanden und in Dänemark erfolgreich genutzt. Ebenfalls über 20 Tiefengeothermieprojekte gibt es in Bayern, wo die geologischen Voraussetzungen besonders im Raum um München noch günstiger sind als in Norddeutschland. Auch eine hydrogeothermale Stromerzeugung ist möglich. Dabei kommen dann u.a. der Kalina-Prozess oder der Organic-Rankine-Cycle (Abkürzung ORC) zum Einsatz. Oberflächennahe Geothermie kommt vor allem bei der Beheizung und Kühlung von Wohnhäusern und größeren kommunalen oder gewerbebetriebenen Gebäuden zum Einsatz. 2018 waren in Deutschland rund 370.000 oberflächennahe Geothermieanlagen installiert. Oberflächennahe Geothermie wird in geschlossenen Systemen mit Erdwärmesonden oder Flächenkollektoren gefördert und vielfach über eine Wärmepumpe auf das gewünschte Vorlauftemperaturniveau "gepumpt". Die im normalen Sprachgebrauch als Erdwärme bezeichnete Geothermie ist eines der umweltfreundlichsten und langfristig kostengünstigsten Heizsysteme. Trotz der einmalig hohen Kosten der Geothermie ist diese Wärmequelle ein sinnvolles Heizsystem für Neubauten als auch Altbausanierungen. Tiefe Geothermie wird in der Regel in offenen Systemen genutzt, indem heiße Grundwässer zur direkten thermischen Nutzung oder Verstromung an die Erdoberfläche gefördert werden. Tiefe Geothermie Anlagen sind sowohl für den Einsatz in Großstädten als auch für kleine und mittlere Gemeinden ausgelegt. Sie versorgen u.a. öffentliche Einrichtungen, Messehallen, Gewerbegebiete, Thermalbäder oder auch Wohnhäuser. Um für die Stromerzeugung und den Betrieb von Fernwärmenetzen ausreichend hohe Temperaturen zu erreichen, muss entsprechend tief gebohrt werden. Die Mühe lohnt sich, denn einmal angezapft, steht die Geothermie praktisch kostenlos und unabhängig von Wetter, Tages- und Jahreszeit zur Verfügung. Während in Deutschland vereinzelt die hydrothermale Geothermie zur Stromerzeugung genutzt wird, ist die hydrothermale Geothermie zur Wärmegewinnung als auch balneologischen Nutzung bereits weiter verbreitet. 2018 waren in Bayern 22 tiefengeothermische Anlagen am Netz, deutschlandweit sind es 36. Die meisten Anlagen finden sich in Bayern rund um München, mehrere Anlagen sind auch im Osten bis zur österreichischen Grenze in Planung bzw. in Bau. Sie nutzen das natürlich vorkommende, etwa 40 bis 175 Grad Celsius warme Wasser in einem geschlossenen Kreislaufsystem. Tiefe-Geothermie-Anlagen sind oft in kommunaler Hand, die meisten bayerischen Anlagen speisen regenerative Wärme in Fern- und Nahwärmenetze ein. Weltweit sind vor Allem Philippinen, USA, Indonesien und Island führend in der Nutzung von geothermischen Quellen zur Strom- und Wärmeerzeugung. Indonesien verfügt beispielsweise über 40 Prozent des weltweiten Erdwärme-Potenzials, in 2016 lag die Anschlussleistung aber "nur" bei insgesamt 1643,5 MW. Indonesien lag damit auf Platz 3 hinter den Philippinen und den USA. Island hat hingegen die Nutzung der Geothermie seit Mitte der 90er Jahre konsequent ausgebaut und versorgt nun Island zu 30% mit geothermischen Strom und zu 95% mit geothermischer Wärme.
21.04.2022 | Geothermie 10.02.2021 | Geothermie 03.11.2020 | Geothermie |
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