Tiefengeothermie. Ein Beispiel dezentraler Energieversorgung. Gemeinde Unterhaching. Dr. Erwin Knapek

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1 Tiefengeothermie Ein Beispiel dezentraler Energieversorgung Gemeinde Unterhaching Dr. Erwin Knapek Wieser Zukunftsforum

2 Erweiterte Definition Geothermie ist die in Form von Wärme gespeicherte Energie unterhalb der Oberfläche der festen Erde. (VDI 4640) Geothermie umfasst die in der Erde gespeicherte Energie, soweit sie entzogen und genutzt werden kann, und zählt zu den regenerativen Energien. Sie kann sowohl direkt genutzt werden, etwa zum Heizen und Kühlen im Wärmemarkt, als auch zur Erzeugung von elektrischem Strom Geothermie bezeichnet: Ingenieurtechnische Beschäftigung mit der Erdwärme und deren Nutzung und die geowissenschaftliche Untersuchung der thermischen Situation in der Erdkruste Quelle: Wikipedia 2

3 Tiefe Geothermie Wärme aus dem Erdinneren 99% der Erdkugel sind heißer als o C und nur 0,1% ist kälter als 100 o C Die mit heutiger Bohrtechnik (ca. 5 km Tiefe) erschließbare Energiereserve der Tiefen Geothermie wird auf das 30-fache sämtlicher fossilen Reserven geschätzt. Quelle: Häring Geo Project 3

4 Definition: Oberflächennahe und Tiefe Geothermie Oberflächennahe Geothermie: bis ca m Tiefe Bereitstellung von Wärme / Kälte mittels Wärmepumpen Oberflächennahe Wärme-/ Kältenutzung Direkte Wärmenutzung Hydrothermale Lagerstätten Stromerzeugung Tiefe Tiefe Geothermie: bis ca m Tiefe Petrothermale Lagerstätten Quelle: Geoforschungszentrum Potsdam (umgezeichnet) 4

5 Oberflächengeothermie RWTH Aachen Unterhaching Soultz-sous-Forêt 5

6

7 Isothermen Top Malm 7

8 Wasserwegsamkeiten 8

9 Fündigkeit Bohrung 1 122,8 C 150 l/s 3350 m vertikal Bohrung C >>150 l/s 3680 m vertikal

10 Erlaubnis und Bewilligungsfelder in der Molasse Quelle: BStMWIVT 10

11 Überblick zu Geothermieheiz- bzw. kraftwerken in der Metropolregion München Garching 11 6 MW th Aschheim MW th U-schleißheim 03 7 MW th Altdorf Straubing MW th Ismaning U-föhring MW th Poing MW th Erding MW th Waldkraiburg Simbach MW th Mauerstetten Pullach MW th Freiham Grünwald 38 MW th 4 MW el U-haching MW th MW el Taufkirchen 4MW el Geretsried Sauerlach 5 Mw e l Kirchstockach 5 MW el Dürrnhaar 5 MW el Riem MW th Kirchweidach 10 MWel Traunreut 15 Anlagen i. Betrieb: 130 MW th 20 MW el 11 Anlagen im Bau: 110 MW th 40 MW el SWM 11

12 Die Pionierrolle der Geothermie Unterhaching: Wärme und Strom parallel 3,36 MW Ein Dreiwegeventil steuert die Fließraten für die Wärme und Stromproduktion 123,5 C 38 MW therm 60 C Die Anforderung von Wärme hat Priorität Die Stromproduktion wird präzise im Sekundentakt der alternierenden Fließrate angeglichen Die Vorlauftemperatur für die Fernwärme kann ohne Zuheizung erzeugt werden Es werden stets 100% des Thermalwassers verarbeitet Quelle: Geothermie Unterhaching 12

13 Kraftwerk mit Kalina Dampfkreislauf und Einsatz von Plattenwärmetauschern Ammoniak : Wasser ca. 85% : 15% Quelle: Geothermie Unterhaching 13

14 Warte Maschinenhalle - Kühltürme Modell Siemens AG 14

15 Plattenwärmetauscher evaporator pre-heater condenser district heating Quelle: Geothermie Unterhaching 15

16 ORC Anlage Dürrnhaar Quelle: SGG, Jahrfeld 16

17 und es funktioniert! Parallelbetrieb Strom/Fernwärme KW 5/ (Daten geglättet) m³/h Volumenstrom Thermalwasser gesamt Volumenstrom an Kalina Volumenstrom an Fernwärme Quelle: Geothermie Unterhaching 17

18 und es funktioniert auch auf Dauer! Parallelbetrieb Strom/Fernwärme KW ,00 (Daten geglättet, ohne Stillstandszeiten) 400,00 350,00 300,00 m³/h 250,00 200,00 150,00 100,00 50,00 0, Volumenstrom Thermalwasser gesamt Volumenstrom an Kalina Volumenstrom an Fernwärme Quelle: Geothermie Unterhaching 18

19 Maximale Jahresproduktion Geothermie Unterhaching MW therm Vertraglich verbriefte Fernwärmeleistung Zusatzleistung Geothermie Grünwald Fernwärme (Winter) tatsächliche Spitzenlast Thermisches Leistungspotenzial für Stromproduktion mit Kalina Technik Fernwärme (Sommer) Grundlast 19

20 Fernwärmeversorgung 38 km Fernwärmeleitung Invest: 85 Mio. Euro davon 48 Mio. Euro für FW Anschlussleistung 2013: 58,5 MW therm 50% der Haushalte in Uhg Anschlusskosten für Wärmetauscher und 5 m Leitung im Grundstück: 1233,00 Euro (bis Ende 2010) Arbeitspreis: 0,0556 /kwh Kraftwerk Redundanz Thermalwasserleitung Injektion Anschlusskostenpauschale neu: 4.428,57 (KfW: 1800,00 ) 20

21 Wärmeverbund Grünwald - Unterhaching 21

22 Preisentwicklung Tiefen Geothermie Wärme 22

23 Ökonomischer Vorteil des Parallelprozesses Bei idealer Wärmenutzung führt die Stromerzeugung zu einer bedeutenden Zusatzeinnahme zur Abdeckung der Fixkosten (z. B. Lohnkosten) für die Fernwärme Vollständige und sinnvolle Nutzung des Thermalwassers außerhalb der Heizperiode, da die Förderpumpen nur in einer geringen Bandbreite geregelt werden können. 23

24 Herausforderungen 1 Technisch: Zu geringe Kapazität an Bohrgeräten und Bohrteams (Ausbildung von MA!) und damit zusammenhängend zu hohe Bohrpreise Zuverlässig laufende langlebige Förderpumpen für Thermalwässer mit hoher Temperatur und hohen Volumenströmen (derzeit gibt es F&E Projekte beim BMU/PTJ) Probleme der Ablagerung von störenden Schichten (scaling) und der Korrosion infolge des Chemismus der Thermalwässer an deren Oberflächen von untertägigen wie obertägigen Installationen (F&E Projekt BMU; F&E Projekt GEBO) 24

25 Potenziale der Geothermie Norddeutsches Becken Oberrheingraben Potenziell hydrothermale Vorkommen Molassebecken Aquifere Stromerzeugung Kristallin Hydrothermale Wärmenutzung 25

26 Petrothermale Geothermie: EGS Enhanced Geothermal Systems Quelle: soultz.net 26

27 Stimulation mit Wasser 27

28 Projekt Basel 28

29 Basel, ein Erfolg 29

30 Fazit Basel Das gilt auch für ein prinzipiell einfaches Projekt der Oberflächengeothermie wie in Staufen (Breisgau) 30

31 Entwicklung der Geothermie Neue Projekte Anzahl neuer Projekte pro Jahr Petrothermale Projekte > Projekte > 100 TWh/a Hydrothermale Projekte ~ Projekte ~ 4,6 TWh/a Zeit 31

32 Herausforderungen 2 Rechtlich und politisch: Einbindung der betroffenen Bevölkerung / Akzeptanz F & E Förderung für Demonstartionsvorhaben (Pilotprojekte) Neue Finanzierungsmodelle und Versicherung der Fündigkeit (z.b. Bürgschaften für Kredite durch den Bund oder die Länder, Impulsprogramm Geothermie Bohrungen) 32

33 Vorteile der Geothermie EEG-Vergütung für Strom für 20 Jahre Potenziell günstige Wärmeversorgung Positiver Standortfaktor CO 2 -emissionsfrei Imagegewinn Konkurrenzfähige Preise Unabhängigkeit von fossilen Energieträgern Lokale Wertschöpfung Grundlastfähigkeit Preisstabilität Versorgungssicherheit Chance zur Erfüllung gesellschaftlicher und umweltpolitischer Anforderungen 33

34 Erzeugter Strom pro Fläche und pro Jahr (MWh/m²/a) PV Wind on Wind off Bio liqu Geotherm Biogas von 850 Kühen (9 km²) Pro Jahr entspricht die Methanemission einer Kuh PkW - km Quelle: BEE Bericht 2009: AEE Potenzialatlas Deutschland

35 Glück auf! Und danke für die Aufmerksamkeit 35

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