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als auch unterirdische Wasserreservoirs erhitzt. An manchen Stellen dringen heißes Wasser und Dampf als heiße Quelle oder Geysir bis an die Erdoberfläche. | als auch unterirdische Wasserreservoirs erhitzt. An manchen Stellen dringen heißes Wasser und Dampf als heiße Quelle oder Geysir bis an die Erdoberfläche. | ||
Je tiefer man in das Innere der Erde vordringt, um so wärmer wird es. In Mitteleuropa nimmt die Temperatur durchschnittlich im Mittel um | Je tiefer man in das Innere der Erde vordringt, um so wärmer wird es. In Mitteleuropa nimmt die Temperatur durchschnittlich im Mittel um 3 °C pro 100 m Tiefe zu. Im obersten Erdmantel herrschen ca. 1.300 °C, im Erdkern erreichen sie wahrscheinlich 5.000 °C. | ||
Die in der Erde gespeicherte Wärme ist nach menschlichen Maßstäben unerschöpflich. Aus den Tiefen unseres Planeten steigt täglich ein Mehrfaches des weltweiten Energiebedarfs auf und macht sich ungenutzt in den Weltraum davon. Der größte Teil dieses [[Wärmestrom]]s stammt vom ständigen Zerfall radioaktiver Elemente im Erdmantel und in der Erdkruste, ein Vorgang, der noch Milliarden Jahre anhalten wird. Diese Energieressource lässt sich praktisch überall nutzen. | Die in der Erde gespeicherte Wärme ist nach menschlichen Maßstäben unerschöpflich. Aus den Tiefen unseres Planeten steigt täglich ein Mehrfaches des weltweiten Energiebedarfs auf und macht sich ungenutzt in den Weltraum davon. Der größte Teil dieses [[Wärmestrom]]s stammt vom ständigen Zerfall radioaktiver Elemente im Erdmantel und in der Erdkruste, ein Vorgang, der noch Milliarden Jahre anhalten wird. Diese Energieressource lässt sich praktisch überall nutzen. | ||
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Zum Betrieb einer HDR-Anlage wird kaltes Wasser in die Tiefe der Injektionsbohrung gepumpt und über eine zweite (Produktions-) Bohrung wieder an die Oberfläche geführt. Das in den heißen Tiefengesteinen erhitzte Wasser kann zur Speisung von Nah- und Fernwärmenetzen und zur Bereitstellung von Industriedampf genutzt werden. Besonders attraktiv ist es, aus dem heißen Dampf Strom zu erzeugen. | Zum Betrieb einer HDR-Anlage wird kaltes Wasser in die Tiefe der Injektionsbohrung gepumpt und über eine zweite (Produktions-) Bohrung wieder an die Oberfläche geführt. Das in den heißen Tiefengesteinen erhitzte Wasser kann zur Speisung von Nah- und Fernwärmenetzen und zur Bereitstellung von Industriedampf genutzt werden. Besonders attraktiv ist es, aus dem heißen Dampf Strom zu erzeugen. | ||
Dazu werden u.a. '''ORC-Turbinen (Organic Rankine Cycle)''' eingesetzt, die im Wesentlichen wie Dampfturbinen arbeiten. Allerdings ist es bei den vergleichsweise geringen Temperaturen des Wärmeträgers von 100 bis maximal etwa | Dazu werden u.a. '''ORC-Turbinen (Organic Rankine Cycle)''' eingesetzt, die im Wesentlichen wie Dampfturbinen arbeiten. Allerdings ist es bei den vergleichsweise geringen Temperaturen des Wärmeträgers von 100 bis maximal etwa 180 °C notwendig, anstelle von Wasser im Dampfturbinenkreislauf eine organische Flüssigkeit mit niedrigem Siedepunkt (z. B. Ammoniak) einzusetzen. Der elektrische Wirkungsgrad dieses Zyklus’ liegt bei etwa 10 bis 16 %. | ||
Theoretisch kann überall eine Bohrung mit der nötigen Tiefe erzeugt werden, um ein HDR-Heizkraftwerk zu installieren. Mit Leistungsgrößen von 20 bis 50 MW könnten solche Kraftwerke etwa 30 % des deutschen Stromverbrauchs bereitstellen. Die Kosten für eine Bohrung von 5.000 m Tiefe werden auf etwa 4 Mio. Euro geschätzt, die gesamten Investitionskosten auf etwa 2.500 bis 5.000 Euro/kW. Die Stromgestehungskosten liegen dann – bei einer Auslastung von 8.000 Volllaststunden pro Jahr – bei etwa 7 bis 15 Cent/kWh. | Theoretisch kann überall eine Bohrung mit der nötigen Tiefe erzeugt werden, um ein HDR-Heizkraftwerk zu installieren. Mit Leistungsgrößen von 20 bis 50 MW könnten solche Kraftwerke etwa 30 % des deutschen Stromverbrauchs bereitstellen. Die Kosten für eine Bohrung von 5.000 m Tiefe werden auf etwa 4 Mio. Euro geschätzt, die gesamten Investitionskosten auf etwa 2.500 bis 5.000 Euro/kW. Die Stromgestehungskosten liegen dann – bei einer Auslastung von 8.000 Volllaststunden pro Jahr – bei etwa 7 bis 15 Cent/kWh. | ||
In einem Forschungsprojekt in Soultz sous Forets (Oberrheingraben) wurde mit dem HDR-Verfahren in 3.900 m Tiefe eine unterirdische Wärmetauscherfläche von ca. 3 km² erschlossen. In einem 1997 durchgeführten Zirkulationsversuch ergab sich eine kontinuierlich extrahierbare thermische Leistung von 10 bis 11 MW. Zwei Jahre später wurde die Bohrung auf 5.000 m vertieft. Dabei wurden Temperaturen bis | In einem Forschungsprojekt in Soultz sous Forets (Oberrheingraben) wurde mit dem HDR-Verfahren in 3.900 m Tiefe eine unterirdische Wärmetauscherfläche von ca. 3 km² erschlossen. In einem 1997 durchgeführten Zirkulationsversuch ergab sich eine kontinuierlich extrahierbare thermische Leistung von 10 bis 11 MW. Zwei Jahre später wurde die Bohrung auf 5.000 m vertieft. Dabei wurden Temperaturen bis 195 °C angetroffen. In Soultz soll in den nächsten Jahren eine wissenschaftliche Pilotanlage errichtet werden. | ||
In Deutschland fördert das [[Bundesumweltministerium]] derzeit die Weiterentwicklung des HDR-Verfahrens im kristallinen Gestein des süddeutschen Bad Urachs, aber auch im Vulkangestein der Norddeutschen Tiefebene (Groß Schönebeck, Brandenburg). | In Deutschland fördert das [[Bundesumweltministerium]] derzeit die Weiterentwicklung des HDR-Verfahrens im kristallinen Gestein des süddeutschen Bad Urachs, aber auch im Vulkangestein der Norddeutschen Tiefebene (Groß Schönebeck, Brandenburg). | ||
===Hydrothermale Systeme mit hohem Temperaturangebot=== | ===Hydrothermale Systeme mit hohem Temperaturangebot=== | ||
Unter gewissen geologischen Bedingungen kann auch heißes Wasser aus wasserführenden Schichten, den Aquiferen, gefördert und zur Strom- und Wärmeerzeugung genutzt werden. Zur Stromproduktion sollte allerdings die Temperatur | Unter gewissen geologischen Bedingungen kann auch heißes Wasser aus wasserführenden Schichten, den Aquiferen, gefördert und zur Strom- und Wärmeerzeugung genutzt werden. Zur Stromproduktion sollte allerdings die Temperatur 100 °C überschreiten. Außerdem müssen ausreichende Thermalwassermengen zur Verfügung stehen. In einigen europäischen Ländern, z. B. Island und Italien, finden sich solche Thermalwasservorkommen bereits in moderaten Tiefen. In Deutschland muss man hingegen schon 4.000 m tief bohren, um auf ausreichende Temperaturen und Wassermengen zu stoßen, und das nur an ausgesuchten Standorten des Oberrheintalgrabens und im bayrischen Voralpenraum. | ||
Das Thermalwasser wird über Bohrungen an die Erdoberfläche gefördert und gibt hier seine Wärme an eine Dampfturbine und etwaige weitere Wärmeverbraucher ab. Auch hier kommt wieder der ORC-Zyklus zum Einsatz. Anschließend wird es über eine zweite Bohrung wieder in die Tiefe gebracht, um die Mengenbilanz im Untergrund zu erhalten. Die hochmineralisierten Thermalwässer können aus Umweltschutzgründen meistens nicht oberirdisch entsorgt werden. | Das Thermalwasser wird über Bohrungen an die Erdoberfläche gefördert und gibt hier seine Wärme an eine Dampfturbine und etwaige weitere Wärmeverbraucher ab. Auch hier kommt wieder der ORC-Zyklus zum Einsatz. Anschließend wird es über eine zweite Bohrung wieder in die Tiefe gebracht, um die Mengenbilanz im Untergrund zu erhalten. Die hochmineralisierten Thermalwässer können aus Umweltschutzgründen meistens nicht oberirdisch entsorgt werden. | ||
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===Hydrothermale Systeme mit niedrigem Temperaturangebot=== | ===Hydrothermale Systeme mit niedrigem Temperaturangebot=== | ||
In anderen Regionen Deutschlands, vor allem im süddeutschen Molassebecken (Malmkarst), im Oberrheintalgraben, in der Schwäbischen Alb und in Teilen der norddeutschen Tiefebene, liegt das erschließbare Temperaturniveau der Tiefengewässer zwischen | In anderen Regionen Deutschlands, vor allem im süddeutschen Molassebecken (Malmkarst), im Oberrheintalgraben, in der Schwäbischen Alb und in Teilen der norddeutschen Tiefebene, liegt das erschließbare Temperaturniveau der Tiefengewässer zwischen 40 °C und 120 °C. Damit ist eine Nutzung zur Stromerzeugung nicht an allen Standorten möglich. Diese Erdwärme wird stattdessen zur Gebäude und | ||
Wasserheizung, in Thermalbädern und zu gewerblichen Zwecken (z. B. zur Beheizung von Gewächshäusern) | Wasserheizung, in Thermalbädern und zu gewerblichen Zwecken (z. B. zur Beheizung von Gewächshäusern) | ||
genutzt. In Süddeutschland, vor allem in der Region zwischen Donau und Alpen, kann das Thermalwasser nach dem Abkühlen auch als Trinkwasser verwendet werden, da unterirdisch genügend Wasser nachfließt und der Mineralgehalt nur gering ist. | genutzt. In Süddeutschland, vor allem in der Region zwischen Donau und Alpen, kann das Thermalwasser nach dem Abkühlen auch als Trinkwasser verwendet werden, da unterirdisch genügend Wasser nachfließt und der Mineralgehalt nur gering ist. | ||