GEOforum Leipzig Leipziger Kubus, 10. Juni 2008

Transkript

1 Leipziger Institut für Energie Werner Bohnenschäfer & Silvia Küster Geothermische Strom- und Wärmeerzeugung in Deutschland Stand, Chancen und Perspektiven GEOforum Leipzig 2008 Leipziger Kubus, 10. Juni 2008 Leipziger Institut für Energie GmbH Torgauer Str Leipzig Telefon /

2 Inhalt Kurzportrait IE Leipzig Einleitung Stand der Nutzung Projekte - Fallbeispiele Chancen und Risiken Fazit und Ausblick 1

3 Kurzportrait IE Leipzig Inhalt Historischer Rückblick Eigentümerstruktur Tätigkeitsschwerpunkte 2

4 Historischer RückblickR 1953 Gründung: Institut für Energetik in Halle/Saale 1958 Umzug nach Leipzig 1990 Umwandlung in eine GmbH Zuordnung zur Treuhandanstalt 1993 Gründung: Förderverein Leipziger Institut für Energetik e.v. Gründung: Institut für Energetik ggmbh und Privatisierung 1995 Umbenennung in Institut für Energetik und Umwelt ggmbh 2008 Ausgliederung Bereich Energiewirtschaft in Leipziger Institut für Energie GmbH Überführung Institut für Energetik und Umwelt in Deutsches BiomasseForschungsZentrum Kurzportrait IE Leipzig 3

5 Eigentümerstruktur Förderverein Leipziger Institut für Energetik e.v. 100% Institut für Energetik und Umwelt gemeinnützige GmbH Technische Universität Hamburg-Harburg Freie und Hansestadt Hamburg Deutsches Biomasse Forschungs Zentrum gemeinnützige GmbH Bioenergiesysteme Biogastechnologie Verwaltung Energiewirtschaft 51% 49% TuTech Innovation GmbH 100% Kurzportrait IE Leipzig Leipziger Institut für Energie GmbH 4

6 Tätigkeitsschwerpunkte Beratungs- und Forschungsgesellschaft in den Bereichen Energie, Umwelt und Verkehr Kompetenzen in technischen, ökonomischen und ökologischen Fragen der Energieversorgung Analysen und Bewertungen zum Energiesystem über die gesamte Wertschöpfungskette von der Erzeugung über die Verteilung bis zur effizienten Nutzung sowohl fossiler als auch regenerativer Energien Beratung öffentlicher und privater Auftraggeber Know-how-Transfer zwischen Wissenschaft und Wirtschaft Entwicklung praxisorientierter Lösungen bei anwendungsorientierten Fragestellungen Kurzportrait IE Leipzig 5

7 Einleitung Abgrenzung der Geothermie Inhalt Rahmenbedingungen der Nutzung Lagerstätten Erschließungssysteme Konversionstechnologien 6

8 Abgrenzung der Geothermie Definition (VDI-Richtlinie 4640) Geothermische Energie ist die in Form von Wärme gespeicherte Energie unterhalb der Oberfläche der festen Erde (Synonym: Erdwärme) Oberflächennahe Geothermie (bis 400m Tiefe) Tiefengeothermie (ab 400mTiefe) umfasst Systeme, bei denen die geothermische Energie über Tief-bohrungen erschlossen wird und deren Energie direkt (d.h. ohne Niveauan-hebung) genutzt werden kann. Einleitung 7

9 Rahmenbedingungen der Nutzung Umfang der derzeitigen Nutzung abhängig von Geologischen Gegebenheiten vor Ort - Beschaffenheit des Untergrundes - geothermischer Temperaturgradient Politischen Rahmenbedingungen (Förderinstrumente) - Investitionszuschüsse für Geothermie-Projekte - Einspeisevergütungen für Strom und/oder Wärme - Übernahme des mit einer Anlage zur geothermischen Energiegewinnung verbundenen Risikos in Vorbereitung Einleitung 8

10 Lagerstätten tten (1) Definition der Lagerstätten Wärmemedien im Untergrund Aquifere Kristallin Störungen Studie für das Büro für Technikfolgenabschätzung beim Deutschen Bundestag im Jahr Quelle: 2003 GGA Einleitung 9

11 R hei n Saarbrücken Köln Emden Ems Dortmund Basel Freiburg Lahn Ruhr Wiesbaden Frankfurt Bremen Flensburg Kassel Stuttgart Hannover All er Leine Hamburg Würzburg Ulm Kiel Iller Lübeck Clausthal- Zellerfeld Erfurt Nürnberg Elbe Staßfurt München Halle Rostock Havel Gera Leipzig Regen Stralsund Inn Salzach Berlin Freiberg Salzburg Dresden Passau Spree Stettin Oder Cottbus Praha Donau Lagerstätten tten (2) Lagerstätten zur Stromerzeugung Aquifere Kristallin Störungen N O R D S E E O S T S E E Wese r M o sel Saar Rhein Main Werra Donau Altmühl Saale Isar Eger Elbe Moldau Neisse Legende Störungen mit einer wahrscheinlichen Reichweite bis in 7km Tiefe 50 Einleitung Neckar Quelle: GGA Aare Lech Enns 10

12 Erschließungssysteme Geschlossene Systeme Untertägig geschlossener Wärmeübertrager Tiefe Sonde Offenes System bei klüftig-porösen Speichern Offenes System für kristallinen Untergrund (HDR-Technik) Einleitung 11

13 Konversionstechnologien Stromerzeugung mit direkten Verfahren: Direkte Dampfnutzung (z. B. Lardarello, Neuseeland, Island) Single Flash-Verfahren Double (Multi)-Flash-Verfahren Stromerzeugung mit binären Verfahren: Organic Rankine Cycle (ORC) Kalina-Cycle Unter deutschen geologischen Bedingungen sind nur Binärverfahren einsetzbar. ORC und Kalina-Cycle werden bei den derzeit laufenden Projekten eingesetzt. Einleitung 12

14 Stand der Nutzung Inhalt Stellenwert der Geothermie Geothermische Standorte Strom- und Wärmeprojekte 13

15 Stellenwert der Geothermie (1) Endenergiebereitstellung aus erneuerbaren Energien (2007: 222 TWh) Stand der Nutzung Quelle: BMU 14

16 Stellenwert der Geothermie (2) Wärmeerzeugung aus erneuerbaren Energien (2007: 90 TWh) Stand der Nutzung Quelle: BMU 15

17 Stellenwert der Geothermie (3) Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien (2007: 87 TWh) Stand der Nutzung 16

18 Geothermische Standorte In Deutschland gibt es bereits mehr als 200 Standorte mit einer Geothermienutzung Fernwärme Gebäudeheizung Trink- / Brauchwasser CO 2 -Gewinnung Traditionell dominiert mit fast 150 Standorten die Nutzung als Thermalbad/Balneologie Projekte zur Stromerzeugung und Wärmebereitstellung sind erst in einem relativ geringem Umfang vorhanden oder im Bau bzw. in der Planung Stand der Nutzung Stromerzeugung sonstige Thermal / Balneologie Quelle: GGA/GeotIS ungenutzt 17

19 Strom- und Wärme-ProjekteW Aktuelle Projektstandorte konzentrieren sich vor allem auf den Oberrheingraben und das Süddeutsche Molassebecken Gegenwärtige Nutzung beschränkt sich auf Heißwasser- Aquifere bzw. hydrothermale Ressourcen Über 150 Konzessionen zur Erschließung geothermischer Lagerstätten sind bereits vergeben worden, 90 davon allein in Bayern Stand der Nutzung 18

20 Projekte Fallbeispiele Wärmeerzeugung Inhalt Projekte im Überblick Geothermische Heizwerke Stromerzeugung Projekte im Überblick Pilotprojekte 19

21 Wärmeerzeugung (1) Projekte im Überblick (Auswahl) Die installierte thermische Leistung wuchs in den letzten Jahren kontinuierlich. Größere Projekte sind (exemplarische Aufstellung): Name geotherm. Leistung MW th Bohrtiefe in m a Erschließungskonzept Fördertemp. in C Förderrate in m 3 /h Jahr Erding Hydrothermal München Riem Hydrothermal Neubrandenburg Hydrothermal 3, (80 b ) c Prenzlau Erdwärmesonde max. 0, Pullach Hydrothermal 10, Simbach-Braunau Hydrothermal Straubing Hydrothermal Unterschleißheim Hydrothermal 12, Waren (Müritz) Hydrothermal 1, a Bohrtiefen beziehen sich auf die Förderbohrung b Einlagerungstemperatur in den Speicher c Erweiterung um einen Wärmespeicher in 2004 Projekte - Fallbeispiele 20

22 Wärmeerzeugung (2) Geothermische Heizwerke (1) Foto: Stadtwerke Waren Waren Weitere ( Pilot- )Anlagen zur Erdwärmenutzung in Deutschland: Straubing (06/1999) Inbetriebnahme 10/1984, zugleich Beginn der Ära der Nutzung der Tiefengeothermie zur Wärmeversorgung Projekte - Fallbeispiele Erding (03/1998) 21

23 Wärmeerzeugung (3) Geothermische Heizwerke (2) Prenzlau (11/1994) - Nutzung des Erdwärmepotenzials zur Wärmeversorgung auf Basis einer Tiefen Erdwärmesonde Neubrandenburg (1987) seit 2004 Betrieb eines saisonalen (Aquifer-)Wärmespeichers, der die Abwärme aus einem konventionellen Heizkraftwerk nutzt Projekte - Fallbeispiele 22

24 Stromerzeugung (1) Projekte im Überblick (Auswahl) Name Elektr. Leistung in MW Bohrlochkonzept Fördertemp. in C Förderrate in m 3 /h Bohrtiefe in m a Konversionstechnik Inbetriebnahme Norddeutsches Becken Groß Schönebeck c > 0,75 b Dublette 150 mind. 50 b ORC >2008 b Neustadt-Glewe 0,21 Dublette 97 max ORC 2003 Oberrheingraben Bruchsal 0,55 b Dublette Kalina 2008 b Landau 3 Dublette 155 max ORC 2007 Riedstadt 3 b Dublette >150 b >288 b b Kalina k.a. Soultz d 1,5 4,5 b mind. Triplette >175 >140 b ORC 2008 b Süddeutsches Molassebecken Unterhaching 3,36 Dublette Kalina 2008 Sauerlach 8 b Dubletten 130 b > 430 b b Kalina 2009 b a Förderbohrung; b geplanter Wert; c Forschung; d Frankreich Projekte - Fallbeispiele 23

25 Stromerzeugung (2) Pilotprojekte Neustadt-Glewe Oberrheingraben Molassebecken Landau Norddeutsches Becken Unterhaching Gebiete mit potenziellen hydrothermalen Vorkommen Projekte - Fallbeispiele 24

26 Stromerzeugung (3) Kraftwerk Neustadt-Glewe Erste deutsche (wärmegeführte) geothermische Stromerzeugungsanlage, die mit der weltweit niedrigsten Soletemperatur von 98 C arbeitet Inbetriebnahme: Heizwerk 10/1994, Kraftwerk 11/2003 Bohrtiefe: m Förderrate: l/s Salzgehalt: 220 g/l ORC-Anlage Elektrische Leistung: 210 kw Fotos: Erdwärme Kraft GbR Wärme: max. 5,5 MW geothermisch Projekte - Fallbeispiele 25

27 Stromerzeugung (4) Kraftwerk Landau Erstes industriell errichtetes ganzjährig nutzbares Geothermie-Kraftwerk Inbetriebnahme: 11/2007 Bohrtiefe: m Fördertemperatur: 155 C Förderrate: l/s Fotos: geox GmbH ORC-Anlage Elektrische Leistung: 3 MW Wärmenutzung: max. 5,5 MW Projekte - Fallbeispiele 26

28 Chancen und Risiken Inhalt Geothermisches Potenzial Vor- und Nachteile Ausbau-Hemmnisse 27

29 Geothermisches Potenzial Die in Deutschland vorhandenen Potenziale reichen aus, um mehr als das das 600-fache des jährlichen Strombedarfs sowie Dem 350-fachen (Kraft-Wärme- Kopplung) bzw. 600-fachen (KWK in Kombination mit Wärmepumpen) des jährlichen Wärmebedarfs zu decken. Chancen und Risiken Quelle: BGR / Hannover 28

30 Vor- und Nachteile der Tiefengeothermie Vorteile Nachteile Keine saisonalen und tageszeitlichen Schwankungen Nachfragegerechte Energiebereitstellung möglich Quasi regenerativ Potenzial sehr hoch Grundsätzliche Standortunabhängkeit Technik von den lokalen (u.a. geologischen) Gegebenheiten abhängig Geringer (thermodynamisch bedingter) Stromwirkungsgrad Hohe Anfangsinvestitionen (die zudem bisher nur schwer versicherbaren Risiken unterliegen) Chancen und Risiken 29

31 Ausbau-Hemmnisse Hohe Investitionskosten Lange Realisierungszeiträume Fündigkeitsrisiko Qualität und Verfügbarkeit der Bohr- und Anlagentechnik Rechtliche Rahmenbedingungen Pilotcharakter der Geothermie-Projekte Chancen und Risiken 30

32 Fazit und Ausblick 31

33 Die Geothermie leistet gegenwärtig einen noch geringen Beitrag zur Energieversorgung, verfügt aber über ein energiewirtschaftlich beträchtliches Potenzial für die Grundlastversorgung mit Wärme und Strom Geothermische Energie wird bislang primär zur Wärmeerzeugung eingesetzt; eine Strom- bzw. gekoppelte Strom- und Wärmeerzeugung stellt gegenwärtig noch eine durch das EEG sowie F&E-Mittel angestoßene Nischentechnologie dar Demonstrationsprojekte decken ein breites technologisches Spektrum ab und sind geografisch über alle geologisch besonders aussichtsreichen Regionen verteilt; Konzentration der Aktivitäten bislang vorwiegend auf den nördlichen Oberrheingraben und das Süddeutsche Molassebecken Fazit und Ausblick 32

34 Eine weitergehende Nutzung wird im Wesentlichen durch ein ökonomisch ungünstiges Umfeld (trotz EEG) und den oft schwierig (teuer) zu erschließenden Wärmeabsatz behindert; auch die dafür einzusetzenden Technologien zeigen noch technische und ökonomische Verbesserungspotenziale Trotz einiger Probleme im technischen und nichttechnischen Bereich und den daraus resultierenden Zeitverzögerungen bei den Projektumsetzungen ist die Gesamtentwicklung der geothermischen Strom- und/oder Wärmeerzeugung in Deutschland erfolgversprechend Es gilt auch weiterhin die Erschließung und nachhaltige Nutzung dieser Zukunftsoption mit geeigneten Technologien sicher und vor allem wirtschaftlich zu gestalten Fazit und Ausblick 33

35 Vielen Dank für f r Ihre Aufmerksamkeit Werner Bohnenschäfer Telefon: / Werner.Bohnenschaefer@ie-leipzig.de Silvia Küster Telefon: / Silvia.Kuester@ie-leipzig.de Leipziger Institut für Energie GmbH Torgauer Straße Leipzig Telefon: / Telefax: / mail@ie-leipzig.de Internet: 34