Geothermie (Strom, Wärme und Kälte)
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.
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.
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 Gebäu-den erreicht. Die Kombination regenerativer elektri-scher und thermischer Energie mit Wärmepumpen und geothermischen Anlagen ermöglicht effiziente und umweltschonende Wärmeversorgungssysteme; erfordert allerdings optimierte Komponenten und Regelungsstrategien
Aquiferspeicherung von Wärme/Kälte
• Integration von Wärme- und Kältespeichern
Das volkswirtschaftlich relevante hohe Speicherpotenzial soll nutzbar gemacht werden. Insbesondere muss aufgrund der sehr langen Be- und Entladungszeiten die Integration in Energieversorgungssysteme verbessert werden.
Materialien zum Thema Geothermie
Hier sehen Sie einzelne Artikel zum Thema "Geothermie" aus unseren Forschungspublikationen als PDF-Dokumente, geordnet nach dem Veröffentlichungsdatum.
Eine komplette Übersicht über alle FVEE-Publikationen finden Sie im Publikationsbereich.
Artikel aus den Programmheften:
Forschungsziele 2019 (Grösse: 5.7 MB)
- Electricity from geothermal heat (Grösse: 87 KB)
- Heating and cooling with geothermal energy (Grösse: 139 KB)
- Research and development fields (Grösse: 51 KB)
- Electricity from renewable energy (Grösse: 718 KB)
- Heating and cooling with renewable energy (Grösse: 477 KB)
Artikel aus den Themenheften:
- Energy Research for Future – Forschung für die Herausforderungen der Energiewende (Themen 2019) (Grösse: 4.2 MB)
- Effizienter Stromeinsatz zur Bereitstellung geothermischer Wärme (Grösse: 678 KB)
- Die Energiewende - smart und digital (Themen 2018) (Grösse: 8.7 MB)
- Research on Shallow Geothermal Energy Utilization in the Helmholtz Association (Grösse: 356 KB)
- Forschung für die Energiewende – Die Gestaltung des Energiesystems (Themen 2016) (Grösse: 9.2 MB)
- Tiefengeothermie als Grundlastwärmequelle in der Metropolregion München (Grösse: 344 KB)
- Forschung für die Wärmewende (Themen 2015) (Grösse: 9.6 MB)
- Thermische, mechanische und stoffliche Speicherung im geologischen Untergrund (Grösse: 554 KB)
- Wärme- und Kälteerzeugung (Grösse: 2.1 MB)
- Geothermische Wärmeversorgung von Metropolen (Grösse: 392 KB)
- Zusammenarbeit von Forschung und Wirtschaft für Erneuerbare Energien und Energieeffizienz (Themen 2012) (Grösse: 10.3 MB)
- Transformationsforschung für ein nachhaltiges Energiesystem (Themen 2011) (Grösse: 6.7 MB)
- Geothermische Stromerzeugung (Huenges) (Grösse: 208 KB)
- Tagungsband 2010: Forschung für das Zeitalter der erneuerbaren Energien (Grösse: 6.8 MB)
- Vision für ein nachhaltiges Energiesystem 2050 (Schmid et al.) (Grösse: 707 KB)
- Forschung für geothermische Stromerzeugung In Situ Labor Groß Schönebeck (Grösse: 603 KB)
- Themen 2009: Forschen für globale Märkte erneuerbarer Energien (Grösse: 5.3 MB)
- ENGLISH: Topics 2009: Research for global markets for renewable energies (Grösse: 6.9 MB)
- Wärmepumpen und oberflächennahe Geothermie (2005) (Grösse: 157 KB)
- Geothermie - Nachhaltige Stromerzeugung mit KWK (2006) (Grösse: 379 KB)
- Wärme und Kälte aus erneuerbaren Energien - Stand und Forschungsbedarf (2005) (Grösse: 804 KB)
- Erschließung tiefer Goethermiequellen zur Wärmegewinnung (2005) (Grösse: 196 KB)
- Energetische Nutzung von Wärmequellen niedriger Temperatur (2005) (Grösse: 219 KB)
- Strom aus Erdwärme in Deutschland (2001) (Grösse: 319 KB)
- Luft-/Erdwärmetauscher EWT: Modellierung, Auslegung und Betriebserfahrungen (1997) (Grösse: 800 KB)
Artikel aus den Workshopbänden:
Artikel aus Weiteren Publikationen:
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