Stromerzeugung mit Geothermie
Stromerzeugung mit Geothermie
Stromerzeugung mit Geothermie
Zur Stromerzeugung wurde die Geothermie zum ersten mal in Larderello in der Toskana eingesetzt. 1913 wurde dort von Graf Piero Ginori Conti ein Kraftwerk erbaut, in dem Wasserdampf-betriebene Turbinen 220 kW elektrische Leistung erzeugten. Heute werden dort 400 MW Strom in Italiens Energienetz eingespeist. Unter der Toskana treffen die nordafrikanische und die eurasische Kontinentalplatte aufeinander, was dazu führt, dass sich Magma relativ dicht unter der Oberfläche befindet. Dieses heiße Magma erhöht hier die Temperatur des Erdreiches soweit, dass eine wirtschaftliche Nutzung der Erdwärme möglich ist.Bei der hydrothermalen Stromerzeugung sind Wassertemperaturen von mindestens 100 °C notwendig. Hydrothermale Heiß- und Trockendampfvorkommen mit Temperaturen über 150 °C können direkt zum Antreiben einer Turbine genutzt werden. In Deutschland liegen allerdings die üblichen Temperaturen geologischer Warmwasservorkommen niedriger. Lange Zeit wurde Thermalwasser daher ausschließlich zur Wärmeversorgung im Gebäudebereich genutzt. Neu entwickelte Organic Rankine Cycle- Anlagen (ORC) ermöglichen allerdings eine Nutzung von Temperaturen ab 80 °C zur Stromerzeugung. Diese arbeiten mit einem organischen Medium, das bei relativ geringen Temperaturen verdampft. Dieser Dampf treibt über eine Turbine den Stromgenerator an. Eine Alternative zum ORC-Verfahren ist das Kalina-Verfahren.
Hier werden Zweistoffgemische, so zum Beispiel aus Ammoniak und Wasser als Arbeitsmittel verwendet. Für Anlagen in einem kleineren Leistungsbereich (< 200 kW) sind auch motorische Antriebe wie Stirlingmotoren denkbar. Geothermie ist grundlastfähig.
Die Stromerzeugung aus Geothermie ist traditionell in Ländern, die über Hochenthalpie- Lagerstätten verfügen, in den Temperaturen von mehreren hundert Grad in vergleichsweise geringen Tiefen (< 2000 m) angetroffen werden. Die Lagerstätten können dabei, je nach Druck und Temperatur, Wasser- oder Dampf-dominiert sein. Bei modernen Förderungstechniken werden die ausgekühlten Fluide reinjiziert, so dass praktisch keine negativen Umweltauswirkungen, wie Schwefelgeruch, mehr auftreten.
Stromerzeugung
Das erste geothermische Kraftwerk in Deutschland ist 2004 in Mecklenburg-Vorpommern als Erweiterung des bereits 1994 errichteten geothermischen Heizwerks in Betrieb genommen worden. Die elektrische Leistung des Geothermie-Kraftwerks Neustadt-Glewe beträgt bis zu 230 kW. Aus einer Tiefe von 2250 Metern wird etwa 97 °C heißes Wasser gefördert und zur Strom- und Wärmeversorgung genutzt. Im Jahr 2004 betrug die erzeugte Strommenge 424 000 Kilowattstunden (Quelle: AGEE-Stat/BMU), angestrebt sind jährlich ca. 1,2 Mio. Kilowattstunden (entspricht einer mittleren Leistung von 48kW, bzw. 137kW). Die Inbetriebnahme stellt einen Meilenstein in der Entwicklung der geothermischen Stromerzeugung dar, dem weitere Projekte folgen werden. Der Bau von Geothermiekraftwerken erlebt in Deutschland zurzeit geradezu einen Boom. Viele Kraftwerke sind im Bau oder in der Planung. Die meisten davon am Oberrhein und in der oberbayrischen Molasse. Die Bergämter haben dort zahlreiche Aufsuchungsgenehmigungen vergeben (bis 2005 fast 50).
Die für die Stromerzeugung erforderlichen Wärmereservoirs mit hohen Temperaturen sind in Deutschland nur in großer Tiefe vorhanden. Theoretisch kann fast überall im Land eine Bohrung mit der nötigen Tiefe erfolgen. Mit Leistungsgrößen von 20 bis 50 MW könnten Heizkraftwerke etwa 30 Prozent des deutschen Stromverbrauchs bereitstellen. Die für den Betrieb erforderlichen Temperaturen zu erschließen, ist ein eher finanzielles und kein technisches Problem. Forschungsarbeiten zur Nutzung tief liegender weitgehend wasserundurchlässiger Gesteine laufen und versprechen die Möglichkeiten zur Stromerzeugung weiter zu erhöhen. Eine Studie des Deutschen Bundestages gibt das Potential der Stromproduktion mit 1021 Joule an.
Geothermie weltweit
Geothermie ist eine bedeutende erneuerbare Energie. Einen besonderen Beitrag zu ihrer Nutzung leisten hierbei die Länder, die über Hochenthalpie-Lagerstätten verfügen. Dort kann der Anteil der Geothermie an der Gesamtenergieversorgung des Landes erheblich sein, z.B. Geothermale Energie in Island.
Direkte Nutzung international
Im Jahr 2005 waren zur direkten Nutzung von Geothermie weltweit Anlagen mit einer Leistung von 27.842 Megawatt (fast 28 Gigawatt) installiert. Diese haben Energie in der Größenordnung von 261.418 Terajoule pro Jahr (72.616 Gigawattstunden pro Jahr), das entspricht einer mittleren Leistungsabgabe im Jahr von 8,29 GW oder bei einer Weltbevölkerung 2005 von 6,465 Mrd. Menschen 1,28 Watt/Mensch – durchschnittlicher Primärenergieverbrauch 2.100 Watt/Mensch – oder 0,061 % des Primärenergieverbrauchs der Welt. Der Ausnutzungsgrad der installierten Leistung beträgt also etwa 30 % (diese Kennzahl ist wichtig für die überschlägige Kalkulation der Wirtschaftlichkeit von geplanten Anlagen).
Länder mit Energieumsätzen größer als 5.000 TJ/Jahr zeigt die Tabelle.
Besonders hervorzuheben sind Schweden und Island. Schweden ist geologisch eher benachteiligt, hat aber durch eine konsequente Politik und Öffentlichkeitsarbeit diesen hohen Anteil bei der Nutzung erneuerbarer Energien vorwiegend zum Heizen erreicht.
Auch in Island hat die Nutzung dieser Energie einen beträchtlichen Anteil an der Energieversorgung des Landes (ca. 16%), vgl. Geothermale Energie in Island. Es ist inzwischen weltweit Vorreiter auf diesem Gebiet.
Stromerzeugung international
Stromerzeugung aus Geothermie konzentriert sich traditionell auf Länder die über entsprechende Hochenthalpie-Lagerstätten verfügen (meist Vulkangebiete). In Ländern, die dies, wie Deutschland nicht haben, kann Strom bei vergleichsweise niedrigen Temperaturen, wie 100-150 °C erzeugt werden, oder es ist entsprechend tief zu bohren. Weltweit ist geradezu ein Boom bei der Nutzung von Geothermie zur Stromerzeugung eingetreten. Die installierte Leistung beträgt 2005: 8912 MW und damit werden 56 798 GWh/a elektrische Energie erzeugt.
Niederenthalpie-Lagerstätten werden bisher weltweit wenig genutzt. Zukünftig werden sie an Bedeutung gewinnen, da diese Nutzung überall möglich ist und nicht spezielle geologische Bedingungen voraussetzt. Deutschland kann in dieser Technologie eine Führerschaft übernehmen. Im November 2003 wurde das erste derartige Kraftwerk Deutschlands, das Geothermie-Kraftwerk Neustadt-Glewe, in Betrieb genommen.
In Australien wird in Cooper Basin das erste rein wirtschaftliche Geothermiekraftwerk auf der Basis HFR (Hot Fractured Rock) erstellt. Bisher sind zwei Bohrungen auf über 4.000 m Tiefe gehohrt und ein künstliches Risssystem erzeugt. Die Temperaturen sind mit 270 Grad höher als erwartet und auch die künstlich erzeugte Wasserwegsamkeit zwischen den Bohrungen ist besser als geplant. 2006 wird mit dem Bau des Kraftwerks nach dem Kalina Verfahren begonnen.
In den letzten 5 Jahren wurde die Stromerzeugung stark ausgebaut. Auf Länder bezogen ergeben sich weltweit die in der Tabelle angegebenen Zuwächse für den Zeitraum 2000-2005.
Bezogen auf die pro-Kopf-Nutzung der Erdwärme ist Island heute Spitzenreiter mit 200 MWe installierte Gesamtleistung (Geothermale Energie in Island). Die USA führen dagegen mit einer installierten Gesamtleistung von 2000 MWe vor Indonesien.
Situation in Deutschland
Auch in Deutschland ist die direkte Nutzung (Wärmepumpenheizung) schon verbreitet und hat hohe Zuwachsraten. Die Stromerzeugung steckt noch in den Anfängen, jedoch sind eine Vielzahl von Kraftwerken im Bau oder in der Planung.
Aus den derzeit bekannten Ressourcen hydrothermaler Geothermie könnte bis zu 29 Prozent der in der Bundesrepublik benötigten Wärme bereitgestellt werden.
Für Deutschland ergibt sich laut der Zahlen des BMU [1] für das Jahr 2004 das folgende Bild:
Der Energieerzeugung im Jahr 2004 aus der Geothermie von 5.609 TJ/a (entsprechend einer mittleren Leistungsabgabe von 0,178 GW im Jahr 2004) steht ein Primärenergieverbrauch in Deutschland im selben Jahr von 14.438.000 TJ/a (entsprechend einer mittleren Leistung von 458 GW) gegenüber. Es wurden also im Jahr 2004 0,04 % des Primärenergieverbrauchs in Deutschland durch Geothermie gedeckt.
Die Geothermie-Branche rechnet in Deutschland mit einem jährlichen Wachstum von 14 Prozent. Im laufenden Jahr (Stand: März 2005) werden sich der Umsatz auf etwa 170 Millionen Euro und die Investitionen auf 110 Millionen Euro belaufen. Etwa 10.000 Menschen arbeiten bereits direkt oder indirekt für die geothermische Energieversorgung (Quelle, siehe Literatur/Statistik, 2.).
Stromerzeugung
Das erste geothermische Kraftwerk in Deutschland ist 2004 in Mecklenburg-Vorpommern als Erweiterung des bereits 1994 errichteten geothermischen Heizwerks in Betrieb genommen worden. Die elektrische Leistung des Geothermie-Kraftwerks Neustadt-Glewe beträgt bis zu 230 kW. Aus einer Tiefe von 2250 Metern wird etwa 97 °C heißes Wasser gefördert und zur Strom- und Wärmeversorgung genutzt. Im Jahr 2004 betrug die erzeugte Strommenge 424 000 Kilowattstunden (Quelle: AGEE-Stat/BMU), angestrebt sind jährlich ca. 1,2 Mio. Kilowattstunden (entspricht einer mittleren Leistung von 48kW, bzw. 137kW). Die Inbetriebnahme stellt einen Meilenstein in der Entwicklung der geothermischen Stromerzeugung dar, dem weitere Projekte folgen werden. Der Bau von Geothermiekraftwerken erlebt in Deutschland zurzeit geradezu einen Boom. Viele Kraftwerke sind im Bau oder in der Planung. Die meisten davon am Oberrhein und in der oberbayrischen Molasse. Die Bergämter haben dort zahlreiche Aufsuchungsgenehmigungen vergeben (bis 2005 fast 50).
Die für die Stromerzeugung erforderlichen Wärmereservoirs mit hohen Temperaturen sind in Deutschland nur in großer Tiefe vorhanden. Theoretisch kann fast überall im Land eine Bohrung mit der nötigen Tiefe erfolgen. Mit Leistungsgrößen von 20 bis 50 MW könnten Heizkraftwerke etwa 30 Prozent des deutschen Stromverbrauchs bereitstellen. Die für den Betrieb erforderlichen Temperaturen zu erschließen, ist ein eher finanzielles und kein technisches Problem. Forschungsarbeiten zur Nutzung tief liegender weitgehend wasserundurchlässiger Gesteine laufen und versprechen die Möglichkeiten zur Stromerzeugung weiter zu erhöhen. Eine Studie des Deutschen Bundestages gibt das Potential der Stromproduktion mit 1021 Joule an. Quelle Wikipedia
_________________________________________________________________________
