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von Stefan Seifert. Geothermische Energie. Gliederung. Allgemeines zur Geothermie Verschieden Arten der Geothermie Oberflächennahe Geothermie Tiefe Geothermie Modell Island Quellen. Allgemeines. Geothermie (Erdwärme)  die im zugänglichen Erdmantel gespeicherte Wärme

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Von stefan seifert

von Stefan Seifert

Geothermische Energie


Gliederung
Gliederung

  • Allgemeines zur Geothermie

  • Verschieden Arten der Geothermie

    • Oberflächennahe Geothermie

      • Tiefe Geothermie

  • Modell Island

  • Quellen


Allgemeines
Allgemeines

  • Geothermie (Erdwärme)  die im zugänglichen Erdmantel gespeicherte Wärme

  • Kann als regenerative Energiequelle direkt oder indirekt genutzt werden

  • Beeindruckende geothermische Phänomene rund um den Globus (Island, Hawaii, Philippinen,….)



Aufbau der erde
Aufbau der Erde

Die Erde ist im Inneren warm!

Sie strahlt über ihre Oberfläche

Energie ab (0.063 W/m2)

Bis 10km Tiefe sind ca. 1026 Joule gespeichert (100 Quadrillionen Joule!!!)

210.000 fache des Primärenergieverbrauchs 2004


Ursachen der erdw rme
Ursachen der Erdwärme

  • Gespeicherte Energie aus der Entstehungszeit der Erde; dazu zählt auch Kristallisationswärme aus dem Phasenübergang flüssig  fest (ca. 50% des Wärmestroms)

  • Wärme durch Radioaktive Prozesse im Erdinneren; Zerfall radioaktiver Elemente wie etwa Uran und Thorium (ca. 50% des Wärmestroms)

  • Oberflächennahe Wärme durch Sonneneinstrahlung


Geothermische tiefenstufe
Geothermische Tiefenstufe

  • = Steigung der Temperaturkurve

  • Ca. alle 33m steigt die Temperatur um 1 K

  • Essentiell für die Planung geothermischer Anlagen

  • Allerdings: Große regionale Abweichungen


Geothermische tiefenstufe1
Geothermische Tiefenstufe

  • = Steigung der Temperaturkurve

  • Ca. alle 33m steigt die Temperatur um 1 K

  • Essentiell für die Planung geothermischer Anlagen

  • Allerdings: Große regionale Abweichungen


Die oberfl chennahe geothermie
Die oberflächennahe Geothermie

  • In den oberen Erdschichten (bis etwa 10m) nahezu konstante Temperatur (entspricht nahezu Jahresmitteltemperatur in Deutschland; 7-10°C)

  • Zu niedrig für direkte Nutzung

    • > Wärmepumpen nötig

  • Wärme direkt mittels Grundwasser oder indirekt über Erdsonden zur Wärmepumpe geführt


Die w rmepumpe
Die Wärmepumpe

  • Wärme wird von einem niedrigerem Temperaturniveau zu einem höheren Temperaturniveau „gepumpt“

  • Wärme fließt nur von warm nach kalt?

    • > Arbeit nötig!!

      Gute Wärmepumpe benötig ein Viertel der

      Wärmemenge die angehoben werden soll als

      Energie für die zu verrichtende Arbeit



Einsatz in h usern
Einsatz in Häusern

Zurzeit in ca. 115.000 Haushalten eingesetzt!!

Ca. 2TW Wärme

Horizontale Anordnung

Fläche abhängig von gewünschter Leistung

Vertikale Anordnung

Bis zu 100m tief


Fazit zur oberfl chennahen geothermie
Fazit zur oberflächennahen Geothermie

  • Großes Potential zum Heizen und Kühlen (Umkehrung der Wärmepumpe) überall möglich

  • Bis zu 60% Engergieeineinsparung gegenüber herkömmlichen Heizungen

  • Optimal in Kombination mit einer Solaranlage  Regeneration der gespeicherten Wärme im Sommer

  • Allerdings: Hohe Anschaffungskosten

    (bis zu 8500€ für die Anlange und 5500€ für die Erschließung)

     Subventionen und günstige Kredite (KfW)


Die tiefe geothemie
Die Tiefe Geothemie

  • Bohrlöcher bis ca. 6000m  Temperaturen von bis zu 200°C

  • Bei allen Systemen dient Wasser zur Wärmeübertragung

  • 3 verschiedene Systeme, abhängig von der Bodenbeschaffenheit

    • Hydrothermale Systeme

    • Petrothermale Systeme

    • Erdsonden

  • Nicht überall möglich (Geologische Bedingungen)



  • Hydrothermale systeme
    Hydrothermale Systeme

    • In der Tiefe sind große Vorräte von warmen Wasser vorhanden

       Aquifere

    • Dieses Wasser muss lediglich über eine Bohrung zu einem Wärmetauscher gefördert werden

    • Anschließend wird das Wasser reinjiziert


    Skizze hydrothermales system
    Skizze hydrothermales System

    • Die Wärme kann in ein Fernwärmenetz eingespeist werden und zur Stromerzeugung genutzt werden

    • Kraftwärmekopplung

    • Wirtschaftlichkeit abhängig von Temperatur und maximal möglicher Durchflussmenge


    Beispiel hydrothermales system
    Beispiel hydrothermales System

    • Landau (seit 2007)

      • Zwei ca. 3000m tiefe Bohrung

      • 160°C Wassertemperatur

      • 3MW elektrische Leistung

      • (OCR Kraftwerk)

      • 6-8MW Wärmeleistung


    W rme potential durch hydrothermale systeme
    Wärme Potential durch hydrothermale Systeme

    • Ca. der 100fache Bedarf an Jahreswärme ist technisch realisierbar

    • PROBLEM:

      Wärme lässt sich schlecht über größere Strecken

      transportieren

      Nur etwa ein Viertel des Jahresbedarfs an Wärme könnte durch hydrothermale Systeme gedeckt werden

    • Wärmenutzung wieder Standortabhängig


    Petrothermale systeme
    Petrothermale Systeme

    • Kristallines, heißes Gestein in der Tiefe ( Hot-Dry-Rock)

    • In der Tiefe wird durch Druck oder Säure ein Netz von Rissen erzeugt (Stimulation)

    • Durch dieses Netz wird Wasser aus einer Injektionsbohrung zu einer Förderbohrung gedrückt

    • Das Wasser entnimmt die Wärme aus dem Gestein

    • Problem: Gefahr von Erdbeben, Destabilisierung des Untergrundes


    Deep heat mining basel
    DeepHeat Mining Basel

    • Start 2005 mit Explorationsbohrung auf 2700m

    • Ziel: 200°C heißes Wasser wie in einem Durchlauferhitzer (in ca. 5000m Tiefe)

    • Am 8. Dezember sollte durch Druck die Durchlässigkeit des Gesteins erhöht werden

    • Am selben Tag kam es zu einem Beben der Stärke 3,4 auf der Richterskala

    • Projekt gestoppt, bis heute Diskussion über Fortsetzung


    W rmepotential petrothermaler systeme
    Wärmepotential Petrothermaler Systeme

    • Keine Prozesswärme, lediglich zu wärmen von Wohnungen und Anlagen nutzbar

    • Theoretisch bis zu 1200 Exajoule pro Jahr

    • Aber: Tiefe durch ökonomische Überlegungen begrenzt (~3000m)

    • Hindernisse durch Infrastruktur Nähe zum Abnehmer

    • 2 Exajoule pro Jahr möglich (2*10^18J/a=63,42GW)

    • Kleine Rechnung:

      63,42 GW / 4MW pro Anlage = 15955 Anlagen


    Elektrisches potential tiefer geothermie
    Elektrisches Potential tiefer Geothermie

    • Eingeschlossene Fläche = Nutzbare Wärmemenge

    • Rot: Konventionelles Kraftwerk

    • Grün: Geothermie Kraftwerk

    • PROBLEM: Wasser nicht geeignet für solch niedrige Temperaturen (<175°C)


    Anlagentechnik
    Anlagentechnik

    • Abhilfe durch 2 mögliche Verfahren

    • ORC Kreisprozess

      statt Wasser Organischer Wärmeträger

      Umweltproblematisch (n-Perfluoro-Pentan C5F12)

    • Kalina Kreisprozess

    • Wasser-Amoniak Gemisch zur Erhöhung des Dampfdruckes


    Fazit elektrisches potential
    Fazit elektrisches Potential

    • Möglich aber aufwendige (= TEURE) Anlagentechnik

    • Bei geringen Temperaturen nur etwa 10% der Wärme in Strom wandelbar

    • Dennoch: 65% des Stroms könnte geothermisch erzeugt werden (10,5 GW)


    Erdsonde
    Erdsonde

    • Geschlossenes System

      in dem Wasser zirkuliert

    • Wesentlich geringere Leistungen als die anderen Systeme (kW Bereich)

    • Auch für Innenstädte geeignet mit entsprechender Bohrtechnik



    Probleme bei tiefer geothermie
    Probleme bei tiefer Geothermie

    • Vorerkundung kostspielig, keine sicheren Daten möglich

    • Kosten pro Bohrmeter zwischen 1000 und 2000€

    • daher eventuelle zu geringe Temperatur im Betrieb

      • Wirtschaftlichkeit der Anlage in Gefahr


    Vorteile von tiefer geothermie
    Vorteile von tiefer Geothermie

    • Grundlastfähig, d.h. Wetter und Tageszeit unabhängig

    • Regenerativ / nach menschlichen Maßstäben nicht erschöpfbar

    • Spart CO2 ein


    Stand in deutschland
    Stand in Deutschland

    • Zurzeit an 50 Standorten realisiert, bzw. im Bau

    • Unterhachingen, Landau, Neustadt-Glewe, Offenbach, Groß Schönebeck,…..

    • Dennoch im Großen und Ganzen noch ein Schattendasein

    • Bis zu 150 weitere Anlagen geplant


    Modell island
    Modell Island

    • 79,7 PJ (79,7*10^15J) an Energie durch Erdwärme pro Jahr

    • Entspricht 53% der benötigten Primärenergie

    • 90% aller Haushalte werden durch Erdwärme geheizt

    • 19% des benötigten Stromes aus

      5 Kraftwerken ( bis zu 100MW elektrische Energie und 300MW Wärme pro Kraftwerk)



    Fazit
    Fazit

    • Günstige Lage optimal genutzt

    • Zusammen mit Wind und Wasser 99% der Energie aus regenerativen Quellen

    • Allerdings:

    • Primärenergieverbrauchs Islands :

      150PJ

    • Primärenergieverbrauchs Deutschlands:

      13842PJ


    „Der Staat schützt auch in Verantwortung für

    die künftigen Generationen die natürlichen

    Lebensgrundlagen…“

    Grundgesetz Artikel 20a


    Quellen
    Quellen

    • http://de.wikipedia.org/wiki/Geothermie

    • http://www.bmu.de/erneuerbare_energien/downloads/doc/41616.php Broschüre „Tiefe Geothermie in Deutschland“

    • http://www.bd.bs.ch/geothermie.htm

    • http://de.wikipedia.org/wiki/Projekt_Deep_Heat_Mining

    • http://de.wikipedia.org/wiki/Geothermale_Energie_in_Island

    • http://www.geothermie.de/oberflaechennahe/geothermie_report_2k1/moeglichkeiten_und_perspektiven_d.htm

    • Script: Allgemeines Maschinenwesen im Anlagenbau


    Vielen dank f r eure aufmerksamkeit
    Vielen Dank für EureAufmerksamkeit!


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