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Einf ü hrung in die Geophysik/Geothermie

Einf ü hrung in die Geophysik/Geothermie. Praktische Anwendung Erdwärme-Kraftwerk Neustadt-Glewe. Christoph Lauterbach, David Dallinger 14.09.2007. Gliederung. Hydrothermale Ressourcen und Potentiale in Deutschland Voraussetzungen für die Nutzung Geothermisches Heizwerk Neustadt-Glewe

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Einf ü hrung in die Geophysik/Geothermie

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Presentation Transcript

  1. Einführung in die Geophysik/Geothermie Praktische Anwendung Erdwärme-Kraftwerk Neustadt-Glewe Christoph Lauterbach, David Dallinger 14.09.2007

  2. Gliederung Hydrothermale Ressourcen und Potentiale in Deutschland Voraussetzungen für die Nutzung Geothermisches Heizwerk Neustadt-Glewe Geothermisches Kraftwerk Stromerzeugung mittels Organic Rankine Cycle Wirtschaftlichkeit Zusammenfassung

  3. Hydrothermale Ressourcen und Potentiale Technisches Potenzial der Heißwasseraquifere für die Wärmenutzung Bei einer Nutzung innerhalb von 100 Jahren: => 5140 PJ/a Nachfragepotenzial: 1175 PJ/a für Haushalte, GHD und Industrie Quelle: Kaltschmitt (2006)

  4. Voraussetzungen für die Nutzung • Geologische Voraussetzungen: • Existenz von Aquiferen (Grundwasserleiter) • Ausreichende Porosität und Permeabilität der Porenspeicher • => Permeabilität nimmt mit Tiefe ab, d.h. zwar höhere Temperaturen aber nur geringere Volumenströme möglich • Ausreichende hohe Temperaturen • Ausreichende Wärmeleitfähigkeit • Nachfrage: • Ausreichend Abnehmer der Wärme in unmittelbarer Nähe • Möglichst konstante Wärmeabnahme während des gesamten Jahres Quelle: GFZ Postdam (1999), Kaltschmitt (2006)

  5. Geothermisches Heizwerk - Fakten • Bohrungen in den Jahren 1988/1989 • Inbetriebnahme Geothermisches Heizwerk im Jahr 1994 • Maximale Fördermenge: 110 m³/h • Geothermische Wärmeleistung : 10,4 MW • Gaskessel: 10 MW • Mittlere Wärmeabgabe: 16.000 MWh/a • => davon bis zu 98 % geothermische Wärme • Fernwärmekunden: • 1.325 Wohnungseinheiten • 23 kleine Gewerbekunden • Prozesswärme für 1 Lederwerk Quelle: GFZ Postdam (1999), Kaltschmitt (2006)

  6. Geothermisches Heizwerk - Lage Injektionsbohrung Förderbohrung & Kraftwerk Heizwerk Quelle: Google Earth (2007)

  7. Geothermisches Heizwerk - Funktionsprinzip Fernwärmenetz Geothermisches Kraftwerk Geothermisches Heizwerk Geschlossener Primärkreislauf Injektionsbohrung Förderbohrung Quelle: BiNE Informationsdienst (2003)

  8. Geothermisches Heizwerk - Aufbau Druckhaltung Heiznetz Weitere Stellplätze für Kessel Gaskessel Plattenwärmetauscher Ein- und Austritt Thermalwasser Wasser-aufbereitung Heiznetz Hydraulische Weichen Heiznetzpumpen Ein- und Austritt Heiznetzwasser Quelle: GFZ Postdam (1999)

  9. Vom Heizwerk zum Kraftwerk Monatliche Schwankungen in der Thermalwasserförderung bei reinem Wärmebetrieb (Jahr 2000) • Gründe für die Ergänzung durch ein Erdwärmekraftwerk: • geringer Wärmeabnahme während der Sommermonate • Sommerbetrieb erfordert Mindestpumpmengen • Investionskostenbeitrag durch Stromerzeugung Quelle: BiNE Informationsdienst (2003)

  10. Prozessverschaltung Mischtemperatur . m, T Heiznetz gleitende Vorlauftemperatur 70 °C bis 90 °C Abwärme Strom 70 °C Kraftwerk 230 kW Heiznetz Rücklauftemperatur 50 °C bis 65 °C Thermalwasser Vorlauf ca. 97 °C Heizwerk In Anlehnung an Quelle: Silke Köhler,2005

  11. ORC- Arbeitsmedium • Perfluorpentan (trockenes oder retrogrades Arbeitsmedium) • Verdampfungstemperatur bei 4 bar ca. 75° C • Nicht toxisch und nicht brennbar • 22-fach höheres Molekulargewicht als Wasser • Vergleichsweise großer Volumenstrom • Vollbeaufschlagte 1-stufige Turbine eingesetzt Quelle Abb.: Silke Köhler,2005

  12. Organic-Rankine-Cycle 97 °C 80 °C 28 °C 21 °C 30 °C 70 °C Quelle Abb.: Silke Köhler,2005

  13. ORC- Prozess 1 - 2 Druckerhöhung 2 – 3 Vorwärmung 3 – 4 Verdampfung 4 – 5 Entspannung 5 – 6 Enthitzung 6 – 1 Kondensation Quelle: Silke Köhler,2005

  14. Wirkungsgrad • Eigenverbrauch: • Pumpe Thermalwasser - 140 kW • Pumpe Kühlwasser - 15 kW • Erzeugung: 230 kW • Rest: 75 kW • Carnot-Wirkungsgrad = 1 – Tu/To ~ 14,2 % • Tu = 30 °C = 302 K • To = 80 °C = 353 K • Turbinen-Wirkungsgrad = 70 % • Gesamtwirkungsgrad etwa 6,5 % In Anlehnung an Quelle: Silke Köhler,2005

  15. Wirtschaftlichkeit Kapitalwertmethode: Investitionskosten: 800.000 davon 400.000 Förderung Vergütung durch EEG: 15 ct/kWh Abzinsungsfaktor: 8% Verhältnis Bohrungskosten zu allen weiteren Kosten: 70 : 30 In Anlehnung an Quelle: Kaltschmitt, 2006

  16. Investitionskostenanteile Abgeschätzte Investitionskosten 6,655 Mio. Euro Annahmen: nach Kaltschmitt, 2006 Bohrung: 1000 €/m Gebäude, Grundstücke 150.000 € Slopsysteme, Filter: 25 €/kWth ORC-Anlage 800.000 € Planung, Gebühren, Gutachten: 500.000 €

  17. Zusammenfassung • Die Realisierung geothermischer Anlagen ist stark von den Standortrahmenbedingungen abhängig. • Das Erdwärme-Kraftwerk Neustadt-Glewe hat im Vergleich zu anderen • Standorten im Norddeutschen Becken gute Bedingungen. • Organic-Rankine-Cycle ermöglicht die Option bei niedrigem • Temperaturniveau (100 – 200 °C) Strom zu erzeugen. • Die Wirtschaftlichkeit wird stark durch Wärmenutzung und Temperaturniveau beeinflusst. • Es besteht ein hohes Investitionsrisiko durch die Bohrung. • Zukünftig eventuell Spitzenlaststrom oder Regelenergiebereitstellung denkbar

  18. Diskussion Danke für Ihre Aufmerksamkeit Quellen: • Schallenberg, K., Erbas, K., Huenges, E. und Menzel, H., 1999: 'Geothermisches Heizwerk Neustadt-Glewe: Zustands- und Stoffparameter, Prozeßmodellierungen, Betriebserfahrungen und Emissionsbilanzen, GFZ Potsdam STR99/04: Potsdam, 206 p. • Silke Köhler, Dissertation, Geothermisch angetriebene Dampfkraftprozesse Analyse und Prozessvergleich binärer Kraftwerke, Universität Berlin, 2005 • GGA-Institut Hannover (2007) Dr. Reinhard Jung, Stand und Aussischten der Tiefengeothermie in Deutschland • BINE Informationsdienst (2003), Geothermische Stormerzeugung in Neustadt-Glewe • Geothermischen Vereinigung e.V. - Bundesverband Geothermie (2007) Internetseite www.geothermie.deam 09.09.2007 • GFZ Potsdam (1999) Evaluierung geowissenschaftlicher und wirtschaftlicher Bedingungen für die Nutzung hydrogeothermaler Ressourcen • Kaltschmitt, Streicher, Wiese (2006) Erneuerbare Energien

  19. Literatur Quellen: • Schallenberg, K., Erbas, K., Huenges, E. und Menzel, H., 1999: 'Geothermisches Heizwerk Neustadt-Glewe: Zustands- und Stoffparameter, Prozeßmodellierungen, Betriebserfahrungen und Emissionsbilanzen, GFZ Potsdam STR99/04: Potsdam, 206 p. • Silke Köhler, Dissertation, Geothermisch angetriebene Dampfkraftprozesse Analyse und Prozessvergleich binärer Kraftwerke, Universität Berlin, 2005 • GGA-Institut Hannover (2007) Dr. Reinhard Jung, Stand und Aussischten der Tiefengeothermie in Deutschland • BINE Informationsdienst (2003), Geothermische Stormerzeugung in Neustadt-Glewe • Geothermischen Vereinigung e.V. - Bundesverband Geothermie (2007) Internetseite www.geothermie.deam 09.09.2007 • GFZ Potsdam (1999) Evaluierung geowissenschaftlicher und wirtschaftlicher Bedingungen für die Nutzung hydrogeothermaler Ressourcen • Kaltschmitt, Streicher, Wiese (2006) Erneuerbare Energien

  20. Ausblick Quelle: Stand November 2003 nach Kaltschmitt et al. ( 2003)

  21. Bohrungskosten

  22. Wirkungsgrad

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