Geothermische Energie

Wie wird geothermische Energie genutzt?

Geothermische Energie ist Wärme, die aus dem Erdinneren kommt. Die Wärme wird von dort durch die verschiedenen Schichten an die Oberfläche weitergeleitet. Geothermische Wärme lässt sich zur Erzeugung von Elektrizität und für die Beheizung von Gebäuden und Leitungswasser nutzen. Die Möglichkeiten der Nutzung reichen von großen Kraftwerken, Fernwärmekraftwerken bis hin zu einzelnen Wohnsystemen.

Elektrizität kann erzeugt werden, wenn heißes Wasser oder Dampf aus Untergrundspeichern Kraftwerken zugeführt werden. Der Dampf wird direkt in eine Turbine geleitet, die Strom erzeugt. Wenn heißes Wasser an die Oberfläche gebracht wird, wird dieses erst in Dampf umgewandelt, welcher dann eine Turbine antreibt. Am Ende des Kreislaufs kondensiert der Dampf wieder zu Wasser und wird zurück in den Erdboden geführt. Für Heizzwecke kann geothermische Energie direkt genutzt werden, indem heißes Grundwasser an die Oberfläche gepumpt wird oder in Form natürlicher Quellen entspringt.

Das Wasser wird durch einen Wärmetauscher gepumpt, welcher die Wärme in das Heizsystem des Gebäudes oder das Fernwärmekraftwerk leitet.

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Abbildung 1. Geothermische Fernwärme

Ein anderer Weg, Erdwärme zu gewinnen, besteht in der Nutzung von Erdwärmepumpen. Sie werden an einem Punkt unter der Erdoberfläche installiert, wo das ganze Jahr eine konstante Temperatur herrscht – höher als die Lufttemperatur im Winter und niedriger als im Sommer. Der Wärmetauscher – ein System aus Rohren, genannt Erdkollektor – befindet sich unter der Erde. In den Rohren zirkuliert eine Flüssigkeit – Wasser oder Frostschutzmittel – welche die Wärme absorbieret und sie zu den Wärmepumpen befördert. Diese Wärme wird dann im Gebäude verteilt. Im Sommer kann das System dazu genutzt werden, um Gebäude im Innern kühl zu halten. Die Loops können sowohl senkrecht als auch waagrecht im Boden installiert werden. Horizontale Loops werden in der oberen Bodenschicht vergraben und werden nicht als echte geothermische Energiequelle betrachtet, da sie eher die vom Boden absorbierte Solarenergie nutzen und nicht die Energie, die von der Erde selbst erzeugt wird.

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Abbildung 2. Horizontales Erdwärmepumpsystem

Warum sollte man geothermische Energie nutzen?

Geothermische Energie erzeugt keine Schadstoffe, die den Treibhauseffekt verstärken würden.

Sie wird – anders als Wind- und Sonnenenergie – nicht durch die Wetterbedingungen beeinflusst (eine Ausnahme stellen Erdwärmepumpen in flachem Boden dar).

Geothermische Kraftwerke oder –anlagen beeinträchtigen nicht das Landschaftsbild. Wenn ein Erdwärmekraftwerk erstmal gebaut ist, entstehen danach so gut wie keine Kosten mehr.

Geothermische Anlagen für Heizzwecke verringern die Heizkosten erheblich.

Zudem ist die geothermische Energie unerschöpflich.

Wo lässt sich geothermische Energie nutzen?

Allgemein ist geothermische Energie nicht geographisch beschränkt, da sie überall vorhanden ist. Jedoch ist es nicht immer leicht, an geothermisches Wasser oder Dampf zu gelangen. Regionen, in denen geothermische Reservoirs im Rahmen ökonomischer und technologischer Bedingungen gut gelegen sind, sind begrenzt. Um Energie zu erzeugen braucht man hohe Temperaturen (über 150°C). Daher befinden sich die meisten geothermischen Kraftwerke in Island und Italien, wo solche Quellen verfügbar sind. Auf der anderen Seite wurden in Deutschland und Österreich inzwischen neue geothermische Kraftwerke entwickelt, die schon bei Temperaturen zwischen 90°C und 150°C Energie erzeugen können.

Quellen mit Temperaturen unter 90°C können überall gefunden werden. Erdwärmepumpen können überall dort betrieben werden, wo man die Loops im Boden vergraben kann.

 Was sind mögliche Hindernisse?

Größter Nachteil der geothermischen Energie sind die hohen Installationskosten, sowohl im industriellen als auch im häuslichen Bereich. Besonders teuer sind die Bohrungen. Zudem sind die Technologien für Bohrungen nur in der Lage, solche Quellen zu erreichen, die sich relativ nah an der Erdoberfläche befinden.

Bei der industriellen Nutzung besteht die Möglichkeit, dass man nicht genug Dampf oder Wasser hat. Das kann aus unterschiedlichen Gründen passieren. Wenn man beispielsweise zu viel kaltes Wasser in das Reservoir nachfüllt und so die Steine abkühlen. Daher muss man mit geothermischen Quellen vorsichtig umgehen, um lokale Erschöpfung zu vermeiden. Außerdem besteht das Risiko, dass gefährliche Gase und Mineralien durch die geothermischen Reservoirs freigesetzt werden.

Sowohl für Erdwärmepumpen als auch geothermische Wasserpumpen benötigt man Elektrizität, um die Pumpen zu betrieben, so dass die erzeugte Wärme nicht ganz „umsonst“ ist. Geothermische Wasserlöcher oder vertikale Loops von Wärmepumpsystemen sind aufgrund der Bohrkosten allgemein teurer, benötigen jedoch nur wenig Platz. Billigere horizontale Loops auf der anderen Seite benötigen mehr Platz, welcher nicht immer in der näheren Umgebung verfügbar ist. Es besteht also das Risiko, Fehler bei der Konstruktion, Installation und Bedienung von Wärmepumpsystemen zu machen, welche die gesamte Anlage schädigen könnten.