Tiefe Geothermie

Unter Tiefengeothermie versteht man die Nutzung geothermischer Energie aus Schichten, die typischerweise mehrere Kilometer unter der Erdoberfläche liegen. Dieser Begriff fällt in den allgemeinen Begriff der Geothermie und wird im Englischen als „Deep Geothermal Energy“ bezeichnet. 

Im Gegensatz zur oberflächennahen Geothermie bei der die Wärme in geringeren Tiefen gewonnen wird, bezieht sich die Tiefengeothermie auf Sedimentschichten in größeren Tiefen zwischen 400 und 5.000 Metern unter der Erdoberfläche. Bei der tiefen Geothermie werden je nach Temperatur zwischen Hoch- und Niederenthalpie-Lagerstätten unterschieden. Lagerstätten mit hoher Enthalpie haben höhere Temperaturen und ermöglichen eine effizientere Produktion von Wärme und Strom als die kälteren Niederenthalpiestätten. 

Hydrothermale Geothermie

Hydrothermale Geothermie nutzt aus tiefen Schichten natürlich erhitztes Wasser mit Temperaturen von 40 bis über 100 Grad Celsius. Es können auch heiße Dampflagerstätten mit Temperaturen von 100 bis 250 Grad Celsius sein. Typischerweise werden zwei Bohrungen, sogenannte Dubletten, verwendet, um das Thermalwasser zu fördern und zurück in den Grundwasserleiter zu pumpen. Die Bohrungen erreichen Tiefen von 2.000 bis 4.000 Metern. Die entstehende Wärmeenergie kann bei ausreichend hoher Temperatur direkt genutzt oder durch eine Wärmepumpe verstärkt werden. Bei Temperaturen über 80 °C und ausreichendem Wirkungsgrad ist sogar Stromerzeugung möglich.

Petrothermale Geothermie

Die Petrothermale Geothermie ist eine Methode zur Energieerzeugung, bei der heißes, trockenes oder tiefliegendes Gestein mit meist geringer Durchlässigkeit genutzt wird. Hierbei wird eine hydraulische Verbindung zwischen mindestens zwei Bohrlöchern durch die Schaffung künstlicher Risse oder die Vergrößerung der natürlichen Bruchfläche hergestellt. Diese Risse dienen als Wärmeaustauschflächen, um kaltes Grundwasser in ein Bohrloch zu drücken und es als heißes Wasser über andere Bohrlöcher zurückzupumpen. Im Allgemeinen ist dieser Prozess als Hot Dry Rock (HDR) bekannt und kann auch andere Namen wie Deep Thermal Mining (DHM), Hot Wet Rock (HWR) oder Hot Fractured Rock (HFR) haben. 

Tiefe Erdwärmesonden

Tiefe Erdwärmesonden, auch Geothermiesonden genannt, kommen in über 400 Meter Tiefe mit hängenden Wärmetauscherrohren zum Einsatz. In dieser tiefen Erdwärmesonde zirkuliert eine Wärmeträgerflüssigkeit. Wärme aus dem umgebenden Gestein erhitzt die Flüssigkeit, die dann durch ein innenliegendes isoliertes Rohr (koaxiale Anordnung) an die Oberfläche zurückgeführt wird. Dieses Verfahren ermöglicht die Nutzung geothermischer Energie in einer Tiefe von bis zu 3.000 Metern. 

Geothermie in Bergbauanlagen

Unter Geothermie in Bergbauanlagen versteht man die Nutzung des geothermischen Potenzials in den Hohlräumen ehemaliger Bergbauanlagen. Auch nach Abschluss des Bergbaus muss weiterhin Wasser abgepumpt werden, um Überschwemmungen oder Grubenwasseraustritte zu verhindern. Grubenwasser, eine Mischung aus gefördertem Grund- und Tiefenwasser, bietet in der Regel Potenzial für eine thermische Nutzung, beispielsweise zur Beheizung von Gebäuden. Die Temperatur beträgt typischerweise 20–50 °C. Dieses Verfahren kann in verschiedenen Bergbauregionen durchgeführt werden.

Unterschied oberflächennahe Geothermie und tiefe Geothermie

Die oberflächennahe Geothermie reicht bis in eine Tiefe von 400 Metern und wird hauptsächlich zur Raumheizung, Warmwasserbereitung und Kühlung genutzt. Hierbei sind verschiedene Systeme wie Erdwärmesonden an Erdwärmepumpen angeschlossen, die Wärme durch ein Wärmeträgerfluid aus dem Erdreich beziehungsweise Grundwasserbrunnen aufnehmen und für Gebäude nutzbar machen. In Tiefen von 100 und 200 Metern unter der Erde beträgt die Grundwassertemperatur moderate 8° bis 15° Celsius.

Im Gegensatz dazu setzt die Tiefengeothermie auf Tiefenbohrungen bis zu 5 Kilometern. Sie kann ganze Stadtteile mit Wärme versorgen und sogar Strom erzeugen. Zur Stromerzeugung wird heißes Wasser aus dem Untergrund zu einem Kraftwerk geleitet, wo es verdampft und Turbinen zur Stromerzeugung antreibt. Dadurch wird die Tiefengeothermie leistungsfähiger und in größerem Maßstab genutzt.

Die Unterschiede im Überblick

Oberflächennahe Geothermie:

• Maximale Tiefe 400 Meter
• Heizung, Warmwasser, Kühlung
• Methoden: Erdwärmesonden, Erdwärmerohre, Grundwasserwärmepumpen, Erdwärmekollektoren
• Anschluss an eine Erdwärmepumpe zur Wärmeübertragung
• Geeignet für Wohnhäuser, kommunale Gebäude (Schulen, Krankenhäuser) und Gewerbegebäude
• mit vergleichsweise geringen Investitionen verbunden

Tiefengeothermie:

• Bislang Maximale Tiefe von 5 Kilometern
• Wärmeversorgung des gesamten Stadtgebiets
• Kann Strom erzeugen
• Erdwärmepumpen und Kraftwerke
• Geeignet für leistungsstärkere und groß angelegte Anwendungen (Stadtviertel mit Fernwärme, Kraftwerke)
• hohe Investitionskosten

Erdwärme als Energie-Alternative in der Wärmewende

Geothermie birgt als erneuerbare Energiequelle im Rahmen der Energie- und Wärmewende großes Potenzial. Je nach Art der Geothermie ist es möglich, unterirdische Wärme und saubere Energie aus Gestein, Grund- und Tiefenwasser sowie heißem Gestein zu nutzen und damit einen wichtigen Beitrag zur Energiewende in Deutschland zu leisten. Trotz dieses Potenzials spielt die Geothermie bisher eine eher untergeordnete Rolle, aber Studien des Umweltbundesamtes aus dem Jahr 2018 zufolge (Quelle: https://www.umweltbundesamt.de/sites/default/files/medien/1410/publikationen/2019-11-07_cc-37-2019_emissionsbilanz-erneuerbarer-energien_2018.pdf) können theoretisch 25 Prozent des deutschen Wärmebedarfs durch Tiefbohrungen gedeckt werden. Allerdings gibt es derzeit nicht genügend Geothermieanlagen, um dieses Ziel zu erreichen. 

Im Bereich der geothermischen Energieerzeugung gibt es seit dem Jahr 2000 staatliche Förderung durch das Erneuerbare Energien Gesetz (EEG). So fördert der Bund beispielsweise im Wärmebereich die umweltverträgliche Nutzung der Geothermie durch Marktanreizprogramme. Obwohl die Erschließungskosten, vor allem für Bohrungen, hoch sind, kann Geothermie einen wesentlichen Beitrag zur klimafreundlichen Energieversorgung für Haushalte und Industrie leisten. 

Geothermische Kraftwerke haben außerdem weniger sichtbare Auswirkungen auf das Landschaftsbild als beispielsweise Windkraftanlagen und lassen sich nahezu problemlos in Wohngebiete integrieren. Die Wärmeversorgung mit Geothermie kann auch in sanierten Altbauten verwendet werden.

Vorteile und Nachteile tiefer Geothermie

• Enormes Potenzial: Geothermie bietet theoretisch ein riesiges Energiepotenzial für die Strom- und Wärmeerzeugung für Haus und Industrie. 
• Versorgungssicherheit: Geothermische Energiequellen sind unerschöpflich und stellen unabhängig von Tageszeit und Wetter eine zuverlässige Energiequelle dar.
• Unabhängigkeit von fossilen Rohstoffen: Geothermie trägt zur Energiewende bei, indem sie die Abhängigkeit von endlichen fossilen Brennstoffen wie Erdöl und Erdgas reduziert.
• Klima- und Umweltschutz: Geothermie erzeugt bei der Wärmeerzeugung kein CO2, schont so die Umwelt und leistet einen Beitrag zur Energiewende
• Hohe Effizienz: Die Technologie zur Nutzung geothermischer Energie ist hocheffizient, da nur geringe Wärmeenergieverluste auftreten 
• Platzsparend: Geothermieanlagen benötigen wenig Platz und sind daher besonders für städtische Gebiete geeignet.
• Langfristige Kosteneinsparungen: Langfristig ist die Wärmeversorgung mit geothermischer Fernwärme deutlich kostengünstiger als die Wärmeversorgung mit fossilen Brennstoffen.
• Nachhaltigkeit und Stabilität: Geothermie liegt im oberen Bereich, wenn es um nachhaltige und stabile Energiequellen geht, da sie eine zuverlässige Energieversorgung gewährleistet und die Umweltbelastung minimiert.

Nachteile

• Eingeschränkte Eignung von Standorten
• Hohe Anfangskosten zur Erschließung geothermischer Energien

Tiefengeothermie in Deutschland

Aktuell sind laut dem Bundesverband Geothermie (Quelle: https://www.geothermie.de/fileadmin/user_upload/Aktuelles/Projektliste_Tiefe_Geothermie_2023_intern_Stand_Februar_20230228.pdf

) in Deutschland 42 Tiefengeothermieanlagen in Betrieb. Diese Systeme sind nicht gleichmäßig über das ganze Land verteilt und geeignete unterirdische hydrothermale Reservoire gibt es vorrangig in bestimmten Regionen, beispielsweise in Norddeutschland und im Raum München. Das Potenzial der Geothermie in Deutschland ist riesig und kann etwa ein Viertel des deutschen Wärmebedarfs zum Heizen decken. Um dieses Potenzial auszuschöpfen, müssen die Geothermiesysteme jedoch deutlich ausgebaut werden. Bis 2030 werden etwa 4.000 und bis 2040 20.000 neue Bohrungen benötigt. Dies ist notwendig, um das politische Ziel einer 50 % klimaneutralen Heizung bis 2030 zu erreichen.

Der Ausbau der Geothermie erfordert jedoch mehr Erkundungsbohrungen zur Identifizierung geeigneter Standorte, eine Vergrößerung des Umfangs der Geothermieindustrie zur Senkung der Anlagenkosten, eine Vereinfachung gesetzlicher Vorschriften und Genehmigungsverfahren und vieles mehr. 

Die AKVO GmbH hat sich in der Tiefengeothermie etabliert und konzentriert sich auf die Sicherung der Energieversorgung sowie die Optimierung geothermischer Systeme. Unsere Experten finden maßgeschneiderte Lösungen für Eigentümer, Investoren, Kommunen und Stadtwerke und berücksichtigen neben wirtschaftlichen Aspekten und der Geologie auch Umweltaspekte. 

Unser engagiertes Team spielt eine aktive Rolle in der modernen Geothermie und setzt sich mit Leidenschaft für die Reduzierung unseres CO2-Fußabdrucks ein. Wenn Sie mehr über unser breites Leistungsspektrum erfahren möchten oder Unterstützung bei Ihrem Geothermie Projekt benötigen, nehmen Sie gerne Kontakt zu uns auf. Mit AKVO nutzen Sie das volle Potenzial der Geothermie für eine nachhaltige Energieversorgung. Treiben Sie mit uns die Zukunft der geothermalen Wärme- und Energieversorgung voran.