Geothermiekraftwerk

Was ist Geothermie?

Geothermie bezeichnet die in den oberen Schichten der Erdkruste gespeicherte Wärme und deren Ausbeutung zur Wärme- oder Stromerzeugung. Sie ist permanent und ohne direkte Rohstoffkosten verfügbar, zählt zu den erneuerbaren Energien und kann in grundlastfähigenStrom gewandelt werden, das heißt, der Strom ist permanent verfügbar.

In der Energiegewinnung wird zwischen tiefer und oberflächennaher Geothermie unterschieden. Letztere wird über Wärmepumpen oder -kollektoren vor allem zum Heizen eingesetzt, in Deutschland gibt es beispielsweise geothermiegeheizte Privathäuser. Die tiefe Geothermie wird von Kraftwerken zur Stromerzeugung genutzt.

Die Erdwärme nimmt mit zunehmender Tiefe der Bohrung zu. Als „geothermische Tiefenstufe“ wird dabei der Standardwert von einer Zunahme um 3 Grad Celsius je hundert Tiefenmeter bezeichnet. Von der geothermischen Tiefenstufe kann es jedoch regional zu starken Abweichungen kommen, vor allem in Gebieten mit vulkanischer Aktivität.  Diese Gebiete bezeichnet man als „Hochenthalpie-Lagerstätten“, mit oberflächennahe geothermische Reservoirs von mehreren hundert Grad Celsius innerhalb von 2000 Tiefenmetern. Von ihnen unterscheiden sich die nichtvulkanischen „Niederenthalpie-Lagerstätten“, in denen besonders tiefe Bohrungen nötig sind, da eine wirtschaftliche Ausbeutung der Erdwärme erst ab einer Temperatur von über 100 Grad Celsius möglich ist. Die weltweite Ausbeutung von Geothermie konzentriert sich auf Hochenthalpie-Lagerstätten. In Europa sind dies vor allem Island und Teile der Toskana.

Wie funktioniert ein Geothermiekraftwerk?

Ein Geothermiekraftwerk wandelt nach dem Prinzip der Dampfturbinentechnik Wärme in elektrischen Strom um. Dafür wird Wasser in Leitungen durch ein unterirdisches Wärmereservoir geführt. In anderen Fällen wie z.B. in Landau wird direkt heißes Tiefenwasser gefördert. Wieder an der Oberfläche, wird von der erhitzten Flüssigkeit (Wasser oder eine bei 80 Grad Celsius verdampfende organische Flüssigkeit) eine Dampfturbine angetrieben,  welche über einen Generator Strom produziert. Anschließend wird das abgekühlte Wasser erneut durch das Wärmereservoir geleitet, der Kreislauf schließt sich.

Vor- und Nachteile auf einen Blick
 
Vorteile
  • Erdwärme steht allzeit, konstant und ohne direkte Kosten zur Verfügung, sie kann zur Wärme- und Stromerzeugung genutzt werden. Erdwärme gilt als regenerativ, Erdwärmestrom ist grundlastfähig.

  • Erdwärme ist ergiebig. Auch in Niederenthalpiegebieten wie in Deutschland könnte Geothermie rechnerisch den gesamten Energiebedarf decken, allerdings stehen dem Probleme der Bohrtechnik und der Wasserergiebigkeit des Untergrunds, die so genannte „Höffigkeit“ im Wege, die die Wirtschaftlichkeit von Geothermie beeinflussen.

Nachteile
  • Deutschland hat von lokalen Ausnahmen abgesehen keine vulkanisch aktiven Hochenthalpie-Gebiete. Bohrungen für eine wirtschaftliche Nutzung müssen daher verhältnismäßig tief gehen, was geothermische Energie deutlich verteuert. Aufgrund dieser Bedingungen steckt Geothermie in Deutschland noch in den Kinderschuhen und macht keinen wesentlichen Anteil an der Stromgestehung auf.

  • Technisch-ökonomische Risiken der Geothermie betreffen vor allem die „Höffigkeit“, also die Wasserergiebigkeit des Untergrunds. Trotz entwickelter Messmethoden sind Irrtümer möglich (Beispiel ist das nicht realisierte Kraftwerk Speyer, da dort Erdöl statt heißem Wasser gefunden wurde). Ferner gibt es ein Risiko seismischer Ereignisse (Beispiel ist das Kraftwerk Landau, das wegen der Gefahr von Beben zeitweise außer Betrieb genommen werden musste).

  • In vulkanischen Gebieten kann durch Tiefenbohrungen giftiger und hoch brennbarer Schwefelwasserstoff freigesetzt werden. Neueste Anlagen können diese Emissionen jedoch unterbinden.

Geothermiekraftwerke aus Nutzersicht

Erdwärme wird weltweit vor allem zur direkten Wärmegewinnung und zur Gebäudeheizung genutzt. Island bestreitet zum Beispiel 90% seines Wärmebedarfs direkt aus seinen geothermischen Quellen.

Global durchläuft die Verstromung von tiefer Geothermie zu Anfang des 21. Jahrhunderts einen Boom. Von den rund 9000 MW elektrischer Leistung, die im Jahr 2005 weltweit installiert waren, sind im Zeitraum zwischen 2000 und 2005 rund 1000 MW neu hinzukommen, vor allem in Italien, Indonesien und Mexiko.

Deutschland ist fast vollständig ein Niederenthalpie-Gebiet. Gegenwärtig (Anfang 2010) erzeugen in Deutschland vier Kraftwerke Strom aus Erdwärme. Zusammen verfügen sie über eine elektrische Leistung von ca. 7,1 MW, die beiden größten stehen in Unterhaching und Landau mit jeweils ca. 3 MW Leistung. An verschiedenen Orten mussten Geothermiekraftwerke zeitweise (Landau) oder dauerhaft (Speyer, Bad Urach, Offenbach an der Queich) stillgelegt werden. Teilweise sind geothermie-typische Ursachen dafür verantwortlich, wie etwa im Fall von Landau die Gefahr durch Beben in einem vulkanisch aktiven Gebiet. Weitere typischen Risiken betreffen das Vorkommen von schwefelhaltigen Substanzen in vulkanisch aktiven Erdschichten, durch deren Freilegung Schwefelwasserstoff emittiert werden kann. Dennoch gilt Geothermie nach Meinung von Befürwortern als eine der Energieressource mit den höchsten möglichen Wachstumsraten in Deutschland in den nächsten Jahren.

In Deutschland sind Anfang 2010 weitere Anlagen im Bau oder in Planung, da die Bestimmungen des Erneuerbaren-Energien-Gesetzes Geothermie in zusätzlichen Regionen zur Wirtschaftlichkeit verholfen haben. Allerdings dürfen in Deutschland keine Quellen oder Heilquellen durch geothermische Projekte beeinträchtigt werden.

Geothermie vernetzt gedacht

Strom aus Geothermie kann eine wirkungsvolle Ergänzung des Strommixes darstellen. Das Potenzial einer wirtschaftlich sinnvollen Nutzung von Geothermie ist dabei immer abhängig von den geologischen Bedingungen. In Mitteleuropa scheint dieses Potenzial begrenzt zu sein, an anderen Stellen der Welt könnte die nicht versiegende Quelle Geothermie in ihrer Bedeutung noch weiter zunehmen.

Physikalisch entsteht Erdwärme aus zwei Quellen, zum einen ist sie Restwärme der Erdentstehung vor ca. 5 Milliarden Jahren, zum anderen und wohl größeren Teil entsteht sie aus permanent in der Erdkruste stattfindenden radioaktiven Zerfallsprozessen. Mehr als 99% der Erdmasse sind wärmer als 1000 Grad Celsius, im innersten Erdkern werden Temperaturen von 5000-6000 Grad Celsius angenommen.

Geothermiekraftwerke sind nicht nur selbst von Beben bedroht – vulkanische Gebiete eignen sich eben besonders für die Nutzung von Erdwärme – es ist sogar möglich, dass der Betrieb von Geothermiekraftwerken selbst die Wahrscheinlichkeit seismischer Vorgänge erhöhen kann. Nach Prof. Bracke vom Geothermiezentrum der Universität Bochum lösen Erdwärmekraftwerke tatsächlich Kleinstbeben aus, aber „solche Werte können auch schon durch den Betrieb einer Straßenbahn erreicht werden.“ Für andere sind die Risiken weniger klar begrenzbar. 2006 und 2007 gab es in der Umgebung von Basel eine Serie von Erdbeben bis zur Stärke 3,4, die auf das Baseler Geothermieprojekt zurückgeführt wurden.

Das größte Geothermiekraftwerk der Welt ist „The Geysers“ in den USA. Es leistet stolze 850 Megawatt. Gegenwärtig ist das Kraftwerk stillgelegt, seine Umweltverträglichkeit und das von ihm ausgehende Risiko starker Erdstöße soll begutachtet werden.

Geothermiekraftwerke in nicht vulkanischen Niederenthalpiegebieten brauchen bis zu ein Viertel des produzierten Stroms für den eigenen Betrieb.

Verknüpfung zum Spiel

Wenn du in den Forschungsstrang "erneuerbare Energien" investierst, dann erforschst du als erstes die Möglichkeit, Geothermiekraftwerke zu bauen. Ihr Stromertrag ist, anders als in Wirklichkeit, in allen möglichen Geothermie-Gebieten in Energetika gleich, er liegt bei nur etwa 100 MW. Damit zählen Geothermiekraftwerke zu den kleinsten in Energetika. Die Gebiete, in denen du ein Geothermiekraftwerk bauen kannst, zeigt dir die Minimap rechts oben, gehe dafür auf die Anzeige "Geothermie".

Ein Geothermiekraftwerk emittiert  CO2, allerdings nur in geringen Mengen. Geothermiekraftwerke können durch Erdbeben bedroht werden, die sie sogar selbst in geringem Umfang mit verursachen können. Dies geschieht jedoch äußerst selten. Zur besseren Spielbarkeit wurden die Geothermiekraftwerke im Spiel zu größeren Einheiten zusammengefasst. In Deutschland produziert ein Geothermiekraftwerk nur eine sehr geringe Leistung von bis zu drei MW, in anderen Ländern - wie eben auch in Energetika - sind teilweise deutlich höhere Werte gegeben.



Weiterführende Links


Portal des Bundesministeriums für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit (BMU) zur Geothermie, vor allem zu aktuellen Nutzungsmöglichkeiten in Deutschland:

http://www.erneuerbare-energien.de/inhalt/4594/

Portal des Helmholtz-Zentrums Potsdam (GFZ) zur Geothermie:
http://www.gfz-potsdam.de/portal/-?$part=CmsPart&docId=2235266

Artikel zu neuen Möglichkeiten der Nutzung von Geothermie, GFZ, 2009: http://www.gfz-potsdam.de/portal/-?$part=CmsPart&$event=display&docId=3331016&cP=GFZextern.content.detail

Homepage des geothermischen Informationssystems für Deutschland (GeotIS) des Leibniz-Instituts für angewandte Physik, Hannover, mit Verzeichnis geothermischer Standorte in Deutschland:
http://www.geotis.de/homepage/listing.php

Seite des Informationsportals „Welt der Physik“ zur Geothermie:http://www.weltderphysik.de/de/3947.php

Studie des Büros für Technikfolgenabschätzung beim Deutschen Bundestag (TAB) zu „Möglichkeiten geothermischer Stromerzeugung in Deutschland“, 2003:
http://www.tab-beim-bundestag.de/de/untersuchungen/u084.html

 

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