Montag, 04.05. 18:00 Uhr
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„Residuallast –
Wer hat Angst vor Dunkelflaute“
Geothermie
Unsere Sonne liefert Energie im Überfluss und wir nutzen mehrere Wege diese zu ernten. Die billigste Energiequelle ist PV-Strom, doch wenn die Sonne nicht scheint und Stromspeicher leer sind oder wenn es um die Wärmeversorgung geht, dann kann Geothermie punkten. Bohrt man ein Loch in die Erde, wird es wärmer, je tiefer man kommt. Im Schnitt steigt die Temperatur um etwa 3° je 100 Meter Bohrtiefe. Diese Wärme können wir nutzen, überwiegend zum Heizen, bei größeren Temperaturen auch zur Stromgewinnung. Je nach Bohrtiefe unterscheidet man oberflächennahe und – wer hätte es gedacht – Tiefengeothermie. Dabei kommen unterschiedliche Techniken zum Einsatz.
Flächenkollektor
Geeignet für kleinere Gebäude mit Garten und wenig Wärmebedarf. Für eine 7kW Heizleistung verlegt man in 2 Meter Tiefe 350 Meter Rohre in Schlangenlinien . Das schafft jeder kleinere Bagger oder auch mal übermotivierte Teenager mit der Schaufel, wenn man ihnen erklärt, irgendwo im Garten wäre das WLAN-Passwort vergraben. Durch dieses Rohr pumpt man anschließend Wasser, die Bodenwärme heizt es auf und eine effiziente Wärmepumpe bringt es auf die benötigte Temperatur für Heizung und Warmwasser.
Erdwärmesonde
Wer keinen großen Garten hat, verlegt das Rohr nicht in der Breite sondern in die Tiefe. Hier reichen etwa 100 Meter Bohrtiefe für die gleiche Heizleistung. Auch hier pumpt man Wasser durch das U-förmige Rohr und die Erdwärme heizt es auf.
Erdwärmebrunnen
Wer beim Bohren auf Grundwasser stößt, kann dieses direkt nutzen – „in Abhängigkeit von den hydrogeologischen Voraussetzungen vor Ort“. Hierbei pumpt man über einen Förderbrunnen das Grundwasser direkt nach oben und schickt es durch die Wärmepumpe. Das abgekühlte Grundwasser wird durch eine zweite Bohrung, den Schluckbrunnen, wieder zurückgeführt. Schließlich ist Grundwasser kostbar und mit voranschreitendem Klimawandel brauchen wir alle Wasserreserven, die wir haben. Diese Methode benötigt zwar zwei getrennte Bohrlöcher, dafür kann man dann mehr Wasser fördern und so auch bei geringen Bohrtiefen mehr Wärme ernten. Der zusätzliche Aufbau lohnt sich für Wärmebedarfe ab 35 kW.
Tiefe Erdwärmesonde
Bohrt man tiefer auf 400 bis 3000 Meter, erhöht sich die Wärmeausbeute. Hier sind Installationen mit 100-350 kW möglich. Für die Gartenlaube ist das überdimensioniert, doch für lokale Wärmenetze und viele Industriebetriebe sind das gute Dimensionen.
Tiefe Geothermie
Pumpt man Wasser durch das Bohrloch, kann es nur die Erdwärme der unmittelbaren Umgebung aufnehmen. Dadurch bleibt die Wärmeleistung der Sondenbohrungen begrenzt. Braucht man mehr Energie, sind zusätzliche Techniken notwendig.
In einigen Gegenden hat man Glück und findet tiefliegende Wasserreservoirs. Diese wurden über Jahrtausende vorgewärmt und enthalten entsprechend viel Energie. Analog zum Erdwärmebrunnen oben bohrt man hier wieder zwei Bohrlöcher, eines als Förder- und eines als Schluckbrunnen. So kann man deutlich mehr Wasser durch die Rohre pumpen und im Reservoir hat es viel Zeit, sich wieder aufzuwärmen.
An manchen Orten hat man dabei zusätzliches Glück. Bei Landau im Oberrheingraben enthält das Tiefenwasser große Mengen Lithium. Dieses kann man nun aus dem Wasser herausfiltern und liefert mit einer Anlage nachhaltig Wärme und gleichzeitig den begehrten Rohstoff für unsere Akkus.
Enhanced Geothermal Systems (EGS)
Was aber, wenn kein passendes Wasserreservoir in der Tiefe schlummert? Hast du keins, bau Dir eins. Dies schaffen Enhanced Geothermal Systems (formerly known as Petrothermale Geothermie) mit dem Hot Dry Rock Verfahren HDR. Zunächst bohrt man zwei Löcher im Abstand von mehreren hundert Metern bis in tiefes, heißes und leicht poröses Gestein. Dann verpresst man so lange Wasser ins erste Loch, bis es zum zweiten Loch wieder heraus kommt. Durch den direkten Kontakt mit dem Stein und die großen Flächen hat das Wasser genug Zeit, Wärme aufzunehmen und entsprechend viel Energie kann man ernten. Ironie des Schicksals: Ähnliche Techniken werden auch zur Förderung von klimaschädlichem Fracking-Gas verwendet. 
Wasser in den Boden pressen, bis es wieder rauskommt klingt zu sehr nach Glückspiel? Neue Bohrtechniken gehen noch einen Schritt weiter. Sie bohren nicht nur die zwei senkrechten Löcher, sondern auch unterirdisch horizontal bis sich beide Bohrlöcher wieder treffen. So entstehen closed-loop-Systeme mit großen Rohrflächen, die entsprechend viel Wärme aufnehmen. Eine solche Anlage steht bei Wolfratshausen. Dies ist quasi ein Flächenkollektor in 6.000 Metern Tiefe, gebohrt durch Präzisionsmaschinen, die fern von Licht oder GPS durch Gestein fräsen und nach 16 Kilometern Bohrweg zielgenau aufeinander treffen. Eine Meisterleistung der Ingenieure. Ironie: Auch diese Technik stammt aus der Öl-Förderung. Gut geeignet für EGS Geothermie sind unter anderem alte Bergbauschächte z.B. in Bochum sowie alte Erdgas-Bohrungen. Das Leben ist ein Kuhhandel.
Speicher
Geothermie funktioniert dabei nicht nur als Wärmequelle sondern – in manchen Fällen – auch als Wärmespeicher. Hat man im Sommer Wärme übrig, pumpt man diese über das Bohrloch ins Erdreich / ins Grundwasser / ins Wasserreservoir und kann sie im Winter anschließend wieder zurückholen. Das klappt erstaunlich effizient mit einem Wirkungsgrad von 70%.
„Geo-Strom“
Ist die Temperatur heiß genug, lässt sich aus der Geothermie nicht nur Wärme sondern auch Strom gewinnen. Dies lohnt sich ab etwa 115° und funktioniert analog der zweiten Stufe eines GuD-Gaskraftwerks. Heißer Dampf treibt eine Turbine an und kühlt dabei ab. Jedoch hat ein Gas-Kraftwerk Temperaturen von einigen hundert Grad, die Geothermie nicht. Deshalb greifen wir wieder in die Ingenieur-Trickkiste. Beim Organic Ranking Cycle ORC nutzt man Stoffe mit niedrigem Siedepunkt. So funktioniert die Stromgewinnung auch mit Geothermie-Temperatur. Durch die niedrigen Temperaturen sinkt zwar der Wirkungsgrad, doch die Erdwärme kostet nichts. Ist das Bohrloch einmal erschlossen versorgt Geothermie uns mit Wärme und Strom für viele Jahrhunderte. In Europa wären 43 GW Strom aus Geothermie möglich und das kostengünstiger als Erdgas.
Funfact: Die Erdwärme entsteht zum größten Teil durch den radioaktiven Zerfall von Uran und Thorium im Erdinnern. Für AKW-Fans ist Geothermie daher der perfekte Kompromiss: Nutzt fossile Technologien, basiert auf Radioaktivität und das Endlager ist schon eingebaut. Sollten die Bohrung einmal negative Auswirkungen haben, steht eine komplette und gut finanzierte Industrie bereit, die sich sowohl auf Bohrung als auch auf Verschleierung ihrer von Auswirkungen bestens versteht. Zeit für einen Kaffee.
Immer leicht, gut verständlich und humorvoll komplizierte Vorgänge und Zusammenhänge erklärt, sodass der Kaffee/Tee dabei immer noch genossen werden kann.
Danke!
Gut zum Teilen und Wissen multiplizieren, für solche (Klima) entscheidenden Themen ☀️