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Geothermie konkret

Von Wärmepumpen, Tiefensonden und der „Hot-Dry-Rock“ Methode

Die Erdwärme kann sowohl für die Stromerzeugung als auch direkt zur Erwärmung von Heiz- oder Warmwasser genutzt werden. Welche Nutzung und Methode dazu in Frage kommt, ist abhängig von den konkreten Ressourcen am jeweiligen Ort.

Wärmepumpen

Wärmepumpen sind die verbreitetste Methode der Erdwärmenutzung, da für ihren effektiven Einsatz keine besonders warmen Stellen oder heißen Quellen nötig sind. Die Technik nutzt die Temperaturdifferenzen zwischen dem gleichmäßig warmen Erdreich und den hohen oder tiefen Temperaturen, die im Sommer oder Winter über der Erde herrschen.

Leitung einer Wärmepumpe © DOE

Im Winter entzieht die Wärmepumpe dem Erdreich Wärme nach dem Funktionsprinzip des Kühlschranks. Eine im Boden vergrabene Schlaufe enthält eine Flüssigkeit, die die Wärme der Umgebung absorbiert. Die eigentliche Wärmepumpe im Keller des Hauses tauscht die Flüssigkeit in der Erdschlaufe aus und konzentriert die absorbierte niedrige Temperatur in einem geschlossenen Kreisprozeß durch zugeführte Antriebsenergie auf ein höheres und damit für Warmwasser oder Heizung nutzbares Temperaturniveau.

Wärmepumpen sind besonders gut für die Warmwasserversorgung einzelner Häuser geeignet.

In den USA wird die Anzahl der neu installierten Systeme auf 10 000 bis 40 000 pro Jahr geschätzt, in Deutschland arbeiteten im Jahr 1997 49 078 Wärmepumpen

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Hydrothermale Anlagen

Bei der hydrothermalen Nutzung wird durch Erdwärme aufgeheiztes Grundwasser an die Oberfläche gepumpt und dessen Wärme dann direkt genutzt oder über Wärmetauscher auf einen Sekundärkreis übertragen. Das abgekühlte Grundwasser, das in der Regel sehr mineralhaltig ist, wird wieder in die tiefen Schichten verpreßt und dient so gleichzeitig der Stabilisierung der Gesteinsschichten. Je nachdem wie hoch die Temperatur des Grundwassers ist, kann diese Methode entweder direkt als Quelle von Heizwärme dienen oder über Turbinen in elektrischen Strom umgewandelt werden.

Am kostengünstigsten und einfachsten, aber leider auch am seltensten ist die Variante, bei der das Grundwasser so heiß ist, daß es als Wasserdampf an die Oberfläche kommt. Dann kann es direkt durch Dampüfturbinen geleitet und über Generatoren in elektrischen Strom umgewandelt werden. Angewandt wird diese Methode bislang nur in Island und in der Anlage „The Geysers“ in Nordkalifornien.

Hat das Grundwasser eine Temperatur oberhalb von 200°C , ist aber aufgrund der hohen Drücke im Erdinneren noch vorwiegend flüssig, kommt die sogenannte „Flash Steam“-Methode zum Einsatz. Dabei wird das heiße Wasser in einen Tank gersprüht, in dem Unterdruck herrscht und verdampft dadurch größtenteils. Dieser Dampf kann dann wieder eine Turbine und damit einen Generator antreiben.

Die weltweit größte Ressource geothermaler Energie sind Quellen mit Grundwassertemperaturen unterhalb von 200°C . Dampf zum Antreiben von Turbinen kann in solchen Fällen nur über einen Sekundärkreislauf erzeugt werden. Ein Wärmetauscher überträgt die Hitze an eine Arbeitsflüssigkeit, mit der die Turbinen angetrieben werden.

Hot-Dry-Rock-Methode

Wo kein natürliches Grundwasser zur Verfügung steht, kann die Hot-Dry-Rock-Methode zur Anwendung kommen. Im festen Gestein werden dabei auf hydraulischem Weg Klüfte erzeugt, in die dann Oberflächenwasser eingeleitet wird. An anderer Stelle fördern Pumpen das aufgeheizte Wasser wieder an die Oberfläche.

Da es sich bei diesem Verfahren nicht um eingeschlossenes System handelt geht dabei allerdings immer ein Teil des Wassers verloren und die Effektivität sinkt damit.

Tiefensonden

Ähnlich, aber einfacher funktioniert die Tiefensonde. Hier wird lediglich eine Bohrung niedergebracht, in die ein doppelwandiges Rohr eingeführt wird. Kaltes Wasser strömt zwischen den Rohrwänden nach unten und steigt im Innern des Rohres wieder auf. Ein Vorteil dieser Methode ist, daß es sich um ein geschlossenes System handelt. Damit findet kein Eingriff in das ökologische Stoffgleichgewicht statt. Außerdem kann die Tiefensonde in jeder beliebigen geologischen Formation verwendet werden.

Einen Nachteil stellt dagegen die geringe Wassermenge dar, die bei diesem Verfahren auf einmal erhitzt werden kann. Da die relativ kurze Verweilzeit im System es nicht erlaubt, Temperaturen zu erreichen, die ausreichen, um damit Turbinen zur Stromerzeugung betreiben zu können, wird diese Methode vorwiegend zur Produktion von Heißwasser zu Heizzwecken genutzt.

Ein Heizwerk mit Tiefensonde ist z.B. in der brandenburgischen Stadt Prenzlau realisiert. Die Tiefensonde erbringt hier eine thermische Leistung von 500 kW. Zur Spitzenlastdeckung ist ein Öl-/Gas-Kessel nachgeschaltet.

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Stand: 19.11.2001

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In den Schlagzeilen

Inhalt des Dossiers

Erneuerbare Energien
Welche Zukunft haben die "Ressourcen der Zukunft"

Ungenutzte Potentiale...
Trends, Probleme und Nutzung in Deutschland und weltweit

Teure Alternative?
Wirtschaftliches Potential der erneuerbaren Energien

Mit gutem Beispiel voran...
Der Einsatz erneuerbarer Energien für öffentliche Gebäude

Strom und Wärme von der Sonne
Entwicklung und Einsatzmöglichkeiten der Solarenergie

Photovoltaik konkret
Von Solarzellen, Halbleitern und Elektronen

Ressource Erdwärme
Das Erdinnere als Energiequelle

Geothermie konkret
Von Wärmepumpen, Tiefensonden und der „Hot-Dry-Rock“ Methode

Vom Experiment zum Wirtschaftsfaktor
Die Entwicklungen in der Windkraft-Nutzung

Biomasse
Alte Ressource mit neuer Technologie

Wasserkraft
Der „Klassiker“ unter den erneuerbaren Energien

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