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Power aus dem Untergrund

erstellt von timo_meyer zuletzt verändert: 17.11.2016 13:36 — abgelaufen

Noch ist die Stromerzeugung per Erdwärme hierzulande eine Ausnahmeerscheinung. Bundesweit sind lediglich zwei solcher Kraftwerke am Netz. Doch weitere Anlagen sind in Planung oder bereits im Bau – insbesondere in Süddeutschland.

Für den „Hausgebrauch“ erfreut sich die Nutzung der Erdwärme (Geothermie) wachsender Beliebtheit. Das gilt insbesondere für „erdgekoppelte Wärmepumpen“, die dem Untergrund Wärme entziehen, um damit Gebäude zu heizen. Laut Geothermischer Vereinigung wurden im Jahre 2006 hierzulande 28.000 Wärmepumpen installiert – mehr als doppelt so viele wie im Jahr zuvor. Den Angaben zufolge dürften im Jahr 2007 insgesamt 130.000 solcher Anlagen in Betrieb gewesen sein. Diese arbeiten übrigens nach demselben Prinzip des Wärmetransports, das sich auch Kühlschränke zunutze machen. Kein Wunder also, dass sich Wärmepumpen bei sommerlicher Hitze auch zur Kühlung von Gebäuden einsetzen lassen.

Tiefe Geothermie

Wärmepumpen beziehen ihre Wärme beispielsweise von Kollektoren, die wenige Meter tief im Erdreich vergraben sind. Während diese Nutzungsform der Erdwärme der „oberflächennahen Geothermie“ zuzuordnen ist, begeben sich Anwendungen, die weiter als 400 Meter in den Untergrund vordringen, in den Bereich der „tiefen Geothermie“.

Um diese Energie nutzbar zu machen, haben Geoforscher und Ingenieure diverse Strategien entwickelt. So wird beispielsweise beim „Hot-Dry-Rock-Verfahren“ Wasser in den trockenen Untergrund gepumpt und – von der Erdwärme erhitzt – wieder zutage gefördert. Die „hydrothermale Geothermie“ wiederum speist sich aus natürlichen Heißwasserreservoirs. Thermalwasser wird hierzulande insbesondere zum Heizen von Gebäuden, Thermalbädern und auch für Fernwärme genutzt. Noch in den Kinderschuhen steckt hingegen die hydrothermale Stromerzeugung. Den Anfang machte im Jahr 2004 das Kraftwerk Neustadt-Glewe in Mecklenburg-Vorpommern. Eine zweite Anlage, gelegen im pfälzischen Landau, speist seit 2007 Strom ins Netz. In Kürze soll auch ein Kraftwerk im bayerischen Unterhaching, das schon jetzt Fernwärme liefert, zusätzlich Strom produzieren. Weitere Anlagen sind in Süddeutschland geplant. Die meisten davon im Gebiet der oberbayerischen Molasse und am Oberrhein, im Bereich der Grenze zwischen Rheinland-Pfalz und Baden-Württemberg.

Ausschlaggebend dafür sind die besonderen geologischen Verhältnisse, erläutert Privatdozent Dr. Christian Hecht, von der HotRock GmbH in Karlsruhe, einem auf Geothermie spezialisierten Entwicklungsbüro: „Im gesamten Untergrund der Bundesrepublik wird es mit zunehmender Tiefe immer wärmer. Im Mittel steigt die Temperatur um drei Grad auf einhundert Metern. Im Oberrheintal ist diese Temperaturzunahme allerdings besonders stark. Hier erreichen wir bis zu sechs Grad pro einhundert Meter.“ Bei der Suche nach Thermalwasser der nötigen Temperatur ist dies ein entscheidender Vorteil. Mindestens 150 Grad Celsius sind für einen effektiven Kraftwerksbetrieb erforderlich. „In Norddeutschland muss man dafür gut 5.000 Meter tief bohren“, meint Geologe Christian Hecht. „Im Oberrheintal kommt man mit etwa 3.000 Meter aus, was weitaus ökonomischer ist.“ Insbesondere über diese Region wird Hecht auch in seinem öffentlichen Vortrag „Geothermie – Wege zu einer unerschöpflichen Quelle für Strom und Wärme“ sprechen, der am 26. Januar in Karlsruhe im Rahmen der GEOTECHNOLOGIEN-Ausstellung „Unruhige Erde“ stattfindet.

Unterirdische Navigation

Auch wenn das Thermalwasser in Süddeutschland vergleichsweise dicht unter der Oberfläche liegt, so ist der Vorstoß in den Untergrund trotzdem zeitaufwändig. „Für Bohrungen bis zu einer Tiefe von etwa 3.000 Metern kann man als Durchschnittswert mit einem Monat pro Kilometer rechnen“, so Hecht. Zum Einsatz kommt dabei ein Verfahren, das sich bei der Erschließung von Öl- und Gasvorkommen bewährt hat: das Richtbohren. Diese Technik macht es möglich, den Bohrkopf unter Tage gezielt zu steuern. Auf diese Weise kann die Bohrung nicht nur senkrecht in den Boden vordringen, sondern sich auch seitlich durch den Untergrund winden. Um Kurs zu halten, navigiert der Bohrkopf mit Hilfe von Magnetometern und Beschleunigungsmessern, die sich am Magnet- beziehungsweise am Schwerefeld der Erde orientieren.

Kraftwerke wie das in Landau bedienen sich einer so genannten Dublette, also zweier Bohrungen: eine für die Wasserentnahme, über die andere – Injektionsbohrung genannt – wird das Wasser zurück in den Untergrund befördert. In der Nähe des Kraftwerks sitzen die beiden Bohrungen zunächst dicht beieinander. „Wir starten beide Bohrungen vom gleichen Bohrplatz aus. Hier liegen die Bohransatzpunkte vielleicht zehn Meter auseinander“, beschreibt Hecht die Ausgangslage. „Doch nach unten hin erzeugen wir einen Abstand von etwa einem Kilometer. Beide Bohrungen sind in der Regel seitlich abgelenkt. Dafür nutzen wir die Richtbohrtechnik.“

Dampfgetriebene Stromerzeugung

Für den Kraftwerksbetrieb wird rund 160 Grad Celsius heißes Wasser an die Oberfläche gepumpt. Das Thermalwasser strömt dabei in einem geschlossenen Kreislauf. „Es hat keinen Kontakt zur Oberfläche“, betont Hecht. „Wir entziehen ihm nur die Wärme.“ Dafür sorgt ein Wärmetauscher. Dieser ist mit einem weiteren Kreislauf gekoppelt, in dem Dampf erzeugt wird. Mit diesem wird eine Turbine angetrieben, die Strom produziert. Als Arbeitsmittel wird im Landauer Kraftwerk Isopentan verwendet, was leicht verdampft und damit den nötigen Arbeitsdruck aufbaut. Nach dem Durchlaufen des Wärmetauschers wird das Thermalwasser – nun auf rund 70 Grad abgekühlt – über die Injektionsbohrung zurück in den Untergrund gespeist.

Mit diesem Verfahren erreicht das Landauer Kraftwerk rund drei Megawatt Leistung. Im Vergleich etwa zu Kohlekraftwerken, deren Leistung im Bereich von 1.000 Megawatt liegt, ein eher bescheidener Wert. Der Vorteil der Geothermie besteht jedoch darin, dass sie kein Treibhausgas freisetzt und unbegrenzt zur Verfügung steht. Und bei der Leistung sieht Hecht noch Entwicklungschancen. „Von der Kraftwerksseite versprechen die Hersteller, dass sie deutlich höhere Wirkungsgrade liefern können. Insofern gibt es noch Potenzial nach oben. In einigen Jahren werden wir wohl 5 bis 10 Megawatt erreichen.“

Öffentlicher Vortrag

PD Dr. Christian Hecht, HotRock GmbH: „Geothermie – Wege zu einer unerschöpflichen Quelle für Strom und Wärme“

27. Januar 2009, 18:30 Uhr

Staatliches Museum für Naturkunde, Karlsruhe

Eintritt frei

MN, iserundschmidt 01/2009


Weitere Informationen zur Karlsruher Ausstellungsstation finden Sie hier. Allgemeine Infos zur Ausstellung finden Sie auf den Seiten der GEOTECHNOLOGIEN.

Verweise
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