Geothermie und Wärmenetze

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1 Geothermie und Wärmenetze VDI-Fachtagung, Erneuerbare Energien in Strom-, Gas- und Wärmenetzen Dr. Frieder Schmitt Leiter Konzernabteilung Technologie & Innovation MVV Energie AG, Mannheim Dr. Stefan Holler Sebastian Warkentin

2 Gliederung MVV Energie Grundlagen Geothermie Überblick zu den Technologien zur Erdwärmenutzung Projekte im Bereich der Geothermie (mit MVV Beteiligung) Wirtschaftlichkeit Geothermie Fazit

3 MVV Energie hat eine gute Marktstellung erreicht Umsatz EBIT Investitionen i1.958 Mrd Euro 158 Mio Euro 214 Mio Euro Platz 5 der europäischen Fernwärmeunternehmen nach Absatz Unter den Top 10 der deutschen Energiedienstleister (z.b. Contracting, Baulanderschließung) Platz 6 der deutschen Stromversorger nach Absatz an Endkunden 1,7 Millionen Kunden in Deutschland sowie Tschechien und Polen für Strom, Wärme, Gas und Wasser Mit einer Kapazität von 1,2 Mio t (Müll und Biomasse) pro Jahr einer der drei großen thermischen Reststoffverwerter Deutschlands Solides Fundament für profitables Wachstum

4 Unser Stadtwerke-Netzwerk U = Umsatz; E = EBIT (Teilkonzernabschluss MVV Energie Gruppe GJ 2004/2005); K= Kunden einschließlich Wohneinheiten in Mehrfamilienhäusern; 1 Stimmrechtsmehrheit 50,1% Nord: Stadtwerke Kiel (51,0%) U: 336 Mio ; E: 22 Mio Euro; K: Nordost: Köthen Energie (100,0%) U: 12 Mio ; E: 2 Mio Euro; K: Rhein-Ruhr: Stadtwerke Solingen (49,9%) U: 94 Mio ; E: 11 Mio Euro; K: Rhein-Main: EV Offenbach (48,9%) 1 U: 306 Mio ; E: 41 Mio Euro; K: MVV Energie Mannheim U: Mio ; E: 88 Mio Euro; K: Stadtwerke Buchen (25,1%) U: 18 Mio ; E: 2 Mio Euro; K: Süd: Stadtwerke Ingolstadt (48,4%) U: 75 Mio ; E: 12 Mio Euro; K:

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6 Geothermie - Potenzial Erschließt das in der Erde vorhandene Energiepotenzial. Energieform zur Bereitstellung regenerativer Grundlast zur Wärme- und Stromerzeugung genutzt werden. - nachhaltig - ständig verfügbar - umweltschonend - quasi unerschöpflich - CO 2 -emissionsfrei Verringerung der Abhängigkeit von Rohstoffimporten. Anlagen sind unauffällig und beanspruchen wenig Platz. Oberflächennahe Geothermie (bis 350 m) Anlagen in Dtschl. mit Wärmepumpen Tiefen-Geothermie (bis m ) 30 Anlagen in Dtschl. > 100 kw el& th

7 Nutzung der Geothermie Das gesamte nutzbare Potenzial in Dtschl. wird auf etwa Mrd. kwh el geschätzt. - (Bruttostromerz. Dtschl. = 600 Mrd. kwh) In Dtschl. wurden 2001 weniger als 1% (53,5 MW th ) der geothermischen Ressourcen genutzt. Nutzungsfelder geothermische Wärme: Fernwärme (33 %); Bäder (15%); Fischzucht (13%); Gewächshäuser (12%); Wärmepumpen (12%); Industrielle Nutzung (10%); Sonstige (20 %) Jährlicher Zuwachs der installierten Leistung aus geothermischen Anlagen: 200 MW el San Francisco ( Einwohner) wird zu 80 % mit Strom aus geothermischen Quellen versorgt. (2.000 MW el installierte Leistung aus Geothermie) In Island wird der Wärmebedarf zu 85 % durch Geothermie gedeckt. In der Toskana sind heute 850 MW el aus Geothermie installiert (Grundlast: 600 MW). Bohrung: m, Thermalwasser > C ca. 6 MW el / Bohrung

8 Anteile Endenergie Deutschland Strom 2004 Wärme 2004 Erzeugung gesamt (100%) GWh el Erzeugung gesamt (100%) GWh th Erzeugung Erneuerbare (9,4%) GWh el Erzeugung Erneuerbare (4,2%) GWh th [100 %] Geothermische Erzeugung 0,2 GWh el Geotherm. Erzeugung (0,1%) tiefe Geothermie 114 GWh th oberflächennahe GWh th [ 2 %] Gesamtumsatz 2005: 170 Mio Investitionen 2005: 110 Mio Geothermische Anlagen:

9 Geothermie - Realisierungsmöglichkeiten Geothermie lässt sich geographisch nicht überall wirtschaftlich realisieren hohe Investitionskosten unsicherer Wärmefluss (Temperatur-Tiefe-Profile / Anomalien) vorhandene konventionelle Wärmequellen Risikobewertung erfolgt für konkreten Standort Der Oberrheingraben ist aus geologischer Sicht für Geothermie sehr gut geeignet. Erstellen von Erdwärmekarten Kooperationen mit spezialisierten Unternehmen Nutzung von Technologien aus der Erdölförderung

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11 Technologien Hydrothermale Systeme: Im Untergrund vorhandene Thermalwässer zirkulieren zwischen zwei Brunnen über vorhandene natürliche Grundwasserleiter (Aquifere). Petrothermale Systeme (Hot-Dry-Rock): Im Untergrund werden mit hydraulischen Stimulationsmaßnahmen Risse und Klüfte erzeugt, in welchen künstlich eingebrachtes Wasser zwischen zwei tiefen Brunnen zirkuliert. Tiefe Erdwärmesonden: Ein Wärmeträgermedium zirkuliert in einem geschlossenen Kreislauf innerhalb einer Bohrung in einem U-Rohr oder einer Koaxialsonde Wärmepumpen Durch den Einsatz von Wärmepumpen kann Niedertemperaturwärme (z.b. 30 C warmes Grundwasser) auf ein höheres Temperaturniveau gebracht werden und damit der energetischen Nutzung zugänglich gemacht werden.

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13 Geothermieanlage Freizeitbad Miramar Weinheim Investitionsvol.: 3,0 Mio Betriebskosten: 120 T Energieleistung: 2,4 MW Nutzenergie: MWh th miramar 100m 350m Wasserführende Schicht in etwa m Tiefe Die Temperatur des Aquifer beträgt etwa 65 C Die Bohrung wird ab 360 m, bzw. 470 m abgelenkt Abstand Schluck- und Saugpunkt rd. 400 m 500m 800m Aquifer 65 C 1050m 400m

14 Nahwärmenetz Weinheim (Konzeptphase) Nutzung der Restwärme des Thermalbades (Temperaturniveau etwa C) Wärmetransport ins Wohngebiet 24 Einfamilien- / 50 Bestandshäuser 243 Reihenhäuser 1 Kindertagestätte Wärmebedarf: MWh Leistung kw th verschiedene Lastprofile der Verbraucher keine gleichzeitigen Lastspitzen Alternativen für die Wärmeversorgung Geothermie + Erdgasspitzenkessel Wärmepumpe Geothermie + Biomassespitzenkessel Wärmepumpe angestrebte Jahreskosten netto ca: 600 T angestrebte spez. Kosten ca: 130 /MWh th

15 Geothermieanlage Decin (Wärmenutzung) Bauzeit: Investitionssumme 16,7 Mio Großes Wasserreservoir mit 30 C Brunnenbohrung (500m) und umfangreiche Tests von Überdruck von 0,2 MPa Stromverbrauch 962 kw el Wärmeleistung kw th Geothermisches Wasser: Temperatur: 30 / 10 C Durchfluss: 54 l/s Heißwasserkreis: 55 / 72 C Durchfluss: 47 l/s Wasserkapazität: 1 Mio. m 3 /a Wärmemenge: 77,8 Mio. kwh/a Jährliche CO 2 -Einsparung t/a

16 Geothermie Anlage Landau (hydrothermal) Betreiber: geo x (Pfalzwerke & Energie SüdWest) Stromerzeugung 2,6 MW el (ORC) Wärmeerzeugung (70 C) 5,8 MW th Betriebsstunden 7200 h Wassertemp. in der Tiefe 150 C Durchfluss 100 l/s CO 2 -Einsparung 5000 t/a Bohrbeginn August 2005 Bohrtiefe m Investitionskosten 15,2 Mio (2 Bohrungen + oberirdische Anlage) Kosten pro Bohrung 4,5 Mio Abschreibungszeitraum: 15 Jahre Refinanzierung über EEG-Vergütung des eingespeisten Stroms von 15 ct/kwh

17 Geothermische Heizwerke (Auswahl) Standort Wärmesenke Geothermische Wärmeleistung Jahreswärmelieferung Inbetriebnahme Neustadt/Glewe Fernwärmenetz 10,4 MW MWh/a (davon 98% geoth.) 1994 Erding Fernwärmenetz, Thermalbad 9 MW 50% geoth Waren Fernwärme 1,6 MW MWh/a (davon 70% geoth.) 1995 Neubrandenburg Fernwärmenetz 3,5 MW MWh/a (davon 44% geoth.) 1994 Decin Nahwärme 3,2 MW 2002 Unterschleissheim Fernwärmenetz, Freizeitbad ca. 14 MW 70 % geoth Weinheim Freizeitbad, Nahwärme 2,4 MW 8000 MWh 2005 Unterhaching Fernwärmenetz MW 2006

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19 Einflussfaktoren auf die Wirtschaftlichkeit Quelle: GEOAgentur Berlin Brandenburg 2000

20 Geothermie - Wirtschaftlichkeit Hydrothermale Geothermie Aufteilung der Investitionskosten Planung ca. 10 % oberirdisch ca. 30 % Wärmekraftanlage (ORC, Kalina), Wärmetauscher unterirdisch ca. 60 % Bohrungen, Erschließung des Thermalwassers

21 Wärmegestehungskosten für Wärmenetze Geothermie bei 70 C Fernwärme konv. ( C) BHKW Nahwärme (90 C) Wärmegestehungskosten pro MWh th ohne Wärmeverteilung Die spezifischen Wärmegestehungskosten sinken bei geothermischen Anlagen mit zunehmender Auslastung, da keine Brennstoffkosten anfallen.

22 Verteilungskosten Kostenspannen sind bei Nah- und Fernwärmenetzen groß Netzverlegekosten /m - Netzlänge / Baugrund - Stadtgebiet/Stadtrand/Dorf/Überland Pumpenstrom je nach Auslegung Wartung, Instandhaltung Abschreibung (20-60 Jahre) Versicherungskosten (0,1 2 % auf Invest.) Zählerablesung (50 / Zähler & Jahr) Investition Übergabestationen /Hausanschluss thermisch Netzverluste 5 23 % Betriebsstunden (Volllast) Heizwärme: h/a Prozesswärme: h/a

23 Kennzahlen zur Geothermie Ø-Bohrkosten ~ /m Bohrgeschwindigkeit m/tag Ø-Temperaturanstieg im Boden: 30 K / km Oberrheingraben: bis zu K/km Dominanz bei geothermischer Stromerzeugung von Hochenthalpie-Lagerstätten (Wärmeanomalien) Betriebskosten/a < 5 % der Investitionskosten Die Amortisationszeit beträgt min. 6 7 Jahre Investitionskosten Verstromung (Hydrothermales System) rd /kw el Wärmenutzung (Hydrothermale Systeme mit niedriger Temp.) rd /kw th

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25 Fazit Geothermische Energie Dezentral einsetzbar mit ausgeprägtem lokalen Charakter, damit Stärkung der regionalen Wirtschaftsentwicklung. Geothermie lässt sich in Nah- und Fernwärme einbinden. Eine Kombination mit anderen Technologien schafft ein breites Einsatzfeld. Hohe öffentliche Akzeptanz und großes Interesse für die Geothermie. Die Geothemie weist ein großes Potential auf. Kosten der Geothermie sind mit denen anderer erneuerbarer Energieträger vergleichbar: - geothermische Wärmeerzeugung kann bereits heute wirtschaftlich genutzt werden. Hochenthalpie-Lagerstätten haben einen Kostenvorteil. - Geothermische Stromerzeugung steht am Anfang der Entwicklung, Lernkurveneffekte sind zu erwarten. Die genehmigungsrechtlichen Rahmenbedingungen für Geothermieprojekte sind günstig. Die Bohrkosten werden aufgrund der Engpässe bei Bohranlagen tendenziell steigen Größtes Hemmnis der Geothermie ist das Erschließungsrisiko.

26 Fragen und Diskussion Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!

27 Quellen Nutzung der Geothermie weltweit Bertini, R.:World geothermal generation World Geothermal Congress, Antalya, 2005 Lund,J. et al.:world wide direct use of geothermal energy World Geothermal Congress, Antalya, Geothermie Potenzial Nutzung der Geothermie Deutschland Pluralistische Wärmeversorgung, AGFW Hauptstudie, MVV Energie AG