Geothermie

Geothermie – Was ist das?

Tiefe Geothermie
Tiefe Geothermie bezeichnet Bohrungen in 2 – 5 Kilo­metern Tiefe zur Versorgung größerer Wärmenetze und zur Bereitstellung von elektrischem Strom.

Oberflächennahe Geothermie und Umweltwärme
Oberflächennahe Geothermie kann verschieden genutzt werden: als Wärmequelle in Verbindung mit Wärmepumpen zur Beheizung von Einzelgebäuden und Stadtquartieren oder als Wärmesenke für die Kühlung von Gebäuden.

Saisonale Wärme- oder Kältespeicherung
Zur saisonalen Wärmespeicherung wird Wasser aus einem Aquifer entnommen und erwärmt. Anschließend wird das erwärmte Wasser zur Speicherung in dasselbe oder ein räumlich getrenntes Reservoir eingebracht.
Wärme zur Beladung kann aus verschiedenen Quellen stammen; z. B. Abwärme aus Industrie oder Gebäudekühlung, Solarthermie, Power2Heat oder stromgeführte Blockheizkraftwerke.
Zur Entladung wird die Pumprichtung umgedreht, die Wärme (z. B. mittels Wärmetauscher) entzogen und erforderlichenfalls mittels Wärmepumpe auf ein höheres Temperaturniveau gehoben.
Für die saisonale Wärme- und Kältespeicherung werden zunehmend auch geschlossene Systeme (z. B. Erdwärmesonden) genutzt.

Materialien zum Thema Geothermie

Unsere Expert*innen für Geothermie

Geothermie-Bohrmeißel vor dem Einsatz.

Geothermie-Bohrmeißel vor dem Einsatz. GFZ

Geothermie-Bohrmeißel vor dem Einsatz. ©GFZ

Geothermie-Bohrmeißel vor dem Einsatz.

Pluspunkte für Geothermie

  •  Geothermie ist eine erneuerbare und umweltfreundliche Energiequelle
  • Mit Geothermie kann sowohl Strom als auch Wärme oder Kälte bereitgestellt werden.
  • Tiefe Geothermie fluktuiert nicht und oberflächennahe Geothermie nur wenig. Somit kann Geothermie die Schwankungen anderer erneuerbarer Energien ausgleichen
  • Die Nutzung geothermischer Wärmespeicher kann die kostengünstige Erschließung dringend benötigter großer Speicherkapazitäten für erneuerbare Wärme-versorgungskonzepte realisieren und sommerliche Überschusswärme in den Winter für Heizzwecke transferieren
  • Als Reservoir großer Wärmekapazität kann das Erdreich die Angebotsschwankungen volatiler Erzeuger (z. B. Solarthermie) ausgleichen. Im oberflächennahen Bereich können so bodengestützte Wärmepumpensysteme effizient unterstützt werden

Potenziale von Geothermie

In der zukünftigen Energieversorgung werden alle drei Technologien eine größere Rolle spielen.

Tiefe Geothermie
Enhanced Geothermal Systems (EGS) werden in Mitteleuropa als Option mit dem größten Potenzial gesehen. Darunter versteht man tiefe geothermische Systeme, bei denen produktivitätssteigernde Maßnahmen im ­Reservoir durchgeführt werden, um eine wirtschaftliche Nutzung zu erreichen. Die enormen geothermischen Potenziale können mit sicherer Erkundung und Erschließung der Wärmequellen sowie hoher Effizienz der Übertageanlagen geschöpft werden.

Oberflächennahe Geothermie und Umweltwärme
Ein wesentlicher Vorteil ist, dass oberflächennahe Geothermie mit verhältnismäßig geringem Aufwand erschlossen werden kann und nahezu flächendeckendes Anwendungspotenzial in Neubau und Bestand besitzt.

Grafik zeigt das Prinzip geothermischer Energiebereitstellung.

Prinzip geothermischer Energiebereitstellung (GFZ)

Prinzip geothermischer Energiebereitstellung. ©GFZ, G. Blöcher

Prinzip geothermischer Energiebereitstellung

Forschungs- und Entwicklungsbedarf für Geothermie

Tiefe Geothermie
Ziel ist es, die EGS-Technologie von der vorwettbewerblichen Demonstration zur Marktreife zu führen. Schlüsselthemen dabei sind:

  • Minimierung des Fündigkeitsrisikos

Verbesserte Erkundungsmethoden tragen dazu bei, die spezifischen Gesteins- und Reservoireigenschaften genauer vorherzusagen und das Fündigkeitrisiko zu minimieren.

  • Sicherstellung einer nachhaltigen Lagerstättenproduktivität

Wirtschaftliche Fließraten sollen durch Verfahren zur künstlichen Erhöhung der Produktivität eines geothermischen Reservoirs nach dem EGS-Konzept bei minimalen Umweltauswirkungen erreicht werden.

  • Gewährleistung eines effizienten und nachhaltigen Anlagenbetriebs

Die Systemverlässlichkeit einer Gesamtanlage muss betriebsbegleitend und in Forschungsinfrastrukturen getestet und schrittweise hin zu hoher Effizienz und Verfügbarkeit weiterentwickelt werden. Die Entwicklung von Planungssoftware ist ein Werkzeug zur standortspezifischen Optimierung der Wirt-schaftlichkeit von Geothermiekraftwerken.

  • Entwicklung von Prozessverständnis

Als Basis für technologische Entwicklungen und eine effiziente, sichere und langlebige Auslegung der Anlage ist ein vertieftes Verständnis der Prozesse im Reservoir und im übertägigen Teil des Thermalwasserkreislaufes notwendig. Hierfür spielen numerische multiphysikalische Simulationen eine wichtige Rolle. Versuche in Untertagelaboratorien sind notwendig, um die komplexen Prozesse in situ beobachten und beschreiben zu können.

Oberflächennahe Geothermie
Systeme der oberflächennahen Geothermie mit Erdwärmesonden und Wärmepumpen sollen noch effizienter und umweltsicherer werden. Nötig sind:

  • Nachhaltige Untergrundnutzung

Negative Effekte bei Bau und Betrieb müssen durch Anwendung verlässlicher Erkundungs- und Beobachtungsmethoden,­ qualifizierter Bauaus­ führung sowie geeigneter Wärmemanagementkonzepte minimiert werden.

  • Systemoptimierung unter- und Übertage

Höhere Betriebssicherheit und insbesondere höhere Arbeitszahlen werden sowohl durch Verbesserung an den Erdwärmesonden als auch in der Systemauslegung und Verteilung von Wärme/Kälte in Gebäuden erreicht. Die Kombination regenerativer elektrischer und thermischer Energie mit Wärmepumpen und geothermischen Anlagen ermöglicht effiziente und umweltschonende Wärmeversorgungssysteme; erfordert allerdings optimierte Komponenten und Regelungsstrategien.

Aquiferspeicherung von Wärme/Kälte

Das volkswirtschaftlich relevante hohe Speicherpotenzial soll nutzbar gemacht werden. Insbesondere muss aufgrund der sehr langen Be- und Entladungszeiten die Integration in Energieversorgungssysteme verbessert werden.

  • Integration von Wärme- und Kältespeichern

Aktuelle Materialien

Hier sehen Sie einzelne Artikel zum Thema „Geothermie“. Eine komplette Übersicht über alle Publikationen finden Sie im Publikationsbereich.

Artikel aus "Forschungspolitische Papiere des FVEE"

FVEE-Positionspapier: Erneuerbare Energien im Wärmesektor – Aufgaben, Empfehlungen und Perspektiven

Geothermie

Mit diesem Positionspapier möchte der FVEE einen Beitrag leisten zu einer fundierten Diskussion über adäquate Politikinstrumente für die Wärmewende. Es…

Artikel aus "Themenhefte"

Themen 2021: Mit Wasserstoff zur Klimaneutralität – von der Forschung in die Anwendung

Geothermie
Kostenfrei bestellen

Wasserstoff kann einen entscheidenden Beitrag für die dringend notwendige Klimaneutralität des Energiesystems leisten. Grüner Wasserstoff auf Basis von erneuerbaren Energien…

Themen 2020: Forschung für den European Green Deal

Geothermie
Kostenfrei bestellen

Mit dem Green Deal will Europa bis 2050 der erste klimaneutrale Kontinent werden. Der FVEE zeigte auf seiner Jahrestagung 2020…

Nutzung geothermischer Fluide als umweltfreundliche Lieferanten von Energie und wertvollen Rohstoffen

Geothermie

Potenziale im Gebäudesektor für effiziente Energieverwendung

Geothermie

Breitbandnetzausbau & Wärmewende: Synergien für die geothermische Exploration urbaner Räume

Geothermie

Artikel aus "Programmbroschüren"

Geothermie

Geothermie

     

Forschungsziele 2019

Geothermie
Kostenfrei bestellen

Diese Broschüre informiert über die Forschungsthemen im FVEE zu: Energiebereitstellung Systemkomponenten Energienutzung Energiesystemgestaltung Außerdem finden Sie hier die Ziele des…

Artikel aus "Workshop-Ausgaben"

Workshop 2013: Sensorik für Erneuerbare und Ernergieeffizienz

Geothermie

Der Band enthält die Beiträge zum Workshop vom AMA Fachverband für Sensorik e.V. und vom ForschungsVerbund Erneuerbare Energien im März…

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Expert*innen

Fraunhofer IEE

Dr. Dietrich Schmidt

Gesamtsystembetrachtung, Wärmenutzung; Quartierslösungen, Niedertemperaturfernwärmesysteme; Gebäude- und Quartierskonzepte; Energiemanagement, gebäudeintegrierte PV
Fraunhofer IEE
Fraunhofer-Institut für Energiewirtschaft und Energiesystemtechnik
Joseph-Beuys-Straße 8, 34117 Kassel
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GFZ

Prof. Dr. Ingo Sass

Geothermie
GFZ
Deutsches GeoForschungsZentrum Potsdam
Telegrafenberg, 14473 Potsdam
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ISFH

Fabian Hüsing

ISFH
Institut für Solarenergieforschung GmbH
Am Ohrberg 1, 31860 Emmerthal
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ISFH

Peter Pärisch

ISFH
Institut für Solarenergieforschung GmbH
Am Ohrberg 1, 31860 Emmerthal
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KIT

Prof. Dr. Thomas Kohl

KIT
Karlsruher Institut für Technologie
Kaiserstraße 12, 76131 Karlsruhe
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Prof. Dr. Haibing Shao

UFZ
Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung
Permoserstraße 15, 04318 Leipzig
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UFZ

Dr. Thomas Vienken

UFZ
Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung
Permoserstraße 15, 04318 Leipzig
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ZAE Bayern

Dr. Jens Kuckelkorn

ZAE Bayern
Bayerisches Zentrum für Angewandte Energieforschung e.V.
Magdalene-Schoch-Straße 3, 97074 Würzburg
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