Neustadt-Glewe : Deutschlands erster geothermischer Strom!

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1 H Neustadt-Glewe : Deutschlands erster geothermischer Strom! 1 Geothermische Energie 43/2003

2 ANZEIGE Geothermische Energie 43/2003 2

3 Geothermischer Strom Erste geothermische Stromerzeugung 4 Projektgeschichte des hydrothermalen Kraftwerks Neustadt-Glewe Dr. Heiner Menzel 6 Die Marktstellung, die Branchen- und die Konkurrenzsituation der Geothermie gegenüber der Versorgung aus fossilen Energieträgern und der Versorgung aus anderen Regenerativen Energien Robert Hagedorn, Dr. Heiner Menzel vor der ORC-Turbine Unternehmensstruktur mit Kurzportraits der beteiligten Unternehmen Marc Koch, Dr. Heiner Menzel 19 Geothermische Stromerzeugung Erweiterung des geothermischen Heizwerkes Neustadt-Glewe um eine ORC-Anlage Dr. Heiner Menzel 22 Ein GTN-Projekt: Geothermie in Neustadt-Glewe - von der Machbarkeitsstudie zur Stromerzeugung Dr.- Ing. Frank Kabus 27 Technisches Konzept des geothermischen Kraftwerkes Neustadt-Glewe Dr.-Ing. Egbert Broßmann, Frank Eckert, Dipl.-Ing. Gerd Möllmann 31 Heizwerk Neustadt-Glewe Geothermisches Kraftwerk Neustadt-Glewe Stefan Kranz 39 Allgemeines TAGUNGEN - KONGRESSE TERMINE 43 PUBLIKATIONEN-MATERIALIEN 43 GtVeV INTERN 48 Kraftwerk im Bau Impressum Geothermische Energie - Mitteilungsblatt der Geothermischen Vereinigung/ GtV, Sitz und Geschäftsstelle: Gartenstr. 36, Geeste, Tel.: , Fax: , Geothermische-Vereinigung@t-online.de, ISSN REDAKTION: Werner Bußmann, Gartenstr. 36, Geeste, Tel.: , Fax: , wb@geothermie.de ANZEIGEN: Robert Hagedorn, LanGeo GmbH, Industriestr. 18, Landau in der Pfalz, Tel.: , Fax: , r.hagedorn@energie-suedwest.de Zur Zeit gilt Anzeigenpreisliste Nr. 4/1 - ab MITARBEITER DIESER AUSGABE: Egbert Broßmann, Frank Eckert, Robert Hagedorn, Frank Kabus, Marc Koch, Stefan Kranz,Heiner Menzel, Gerd Möllmann FOTOS: Egbert Broßmann, Frank Eckert, Robert Hagedorn, Frank Kabus, Marc Koch, Stefan Kranz,Heiner Menzel, Gerd Möllmann SATZ: Geothermische Vereinigung e.v., Oliver Joswig, Geeste, Tel.: , Fax: , olli@geothermie.de DRUCK: Offset Feege, An der Schaftrift 22, Meppen, Tel.: , Fax: Auflage dieser Aufgabe: Exemplare Bezugsbedingungen: Der Bezug der "Geothermischen Energie" ist kostenlos für - Mitglieder der Geothermischen Vereinigung, - Fachbehörden, Bibliotheken, Fachhochschul- und Hochschulinstitute (Nachweis erbeten) Abo-Preis für vier Ausgaben: EUR Das Abonnement kann jederzeit schriftlich gekündigt werden und läuft nach erfolgter Kündigung mit Auslieferung des 4. Heftes aus. Ansonsten verlängert sich das Abo automatisch um weitere 4 Ausgaben. 3 Geothermische Energie 43/2003

4 Erste geothermische Stromerzeugung Am 12. November 2003 war es soweit: Im Beisein von Umweltminister Trittin wurde in Neustadt- Glewe das erste geothermische Heizkraftwerk Deutschlands offiziell in Betrieb genommen. Damit wurde der Ausbau des bereits seit Jahren erfolgreich betriebenen geothermischen Heizwerkes zu einem Heizkraftwerk abgeschlossen. Die Erweiterung der bestehenden Anlage wurde möglich, weil das Erneuerbaren-Energien- Gesetzes (EEG) im Jahr 2000 novelliert wurde und eine öffentliche Investitionsbeihilfe von rund 0,4 Mio. EUR seitens des BMU gewährt wurde. Der Umbau garantiert unter der Prämisse wirtschaftlicher Tragfähigkeit der geothermischen Stromerzeugung unter den spezifischen Bedingungen in Neustadt-Glewe - u.a. auch betriebstechnische Vorteile beim Sommerbetrieb, wenn die Wärmenachfrage ihr Minimum erreicht. Denn das Kraftwerk kann mehr als 500 der ca Haushalte in Neustadt-Glewe auch mit Strom versorgen. Um den Beginn einer neuen Ära in der Energieversorgung Deutschlands feierlich zu begehen, kamen Bundesumweltminister Jürgen Trittin, Vorstandssprecher der Vattenfall Europe AG, Dr. Klaus Rauscher, der Vorsitzende der Bewag AG Klaus Pitschke, und der Landesumweltminister Prof Dr. Wolfgang Methling nach Neustadt-Glewe in Mecklenburg-Vorpommern. Dort warteten schon zahlreiche Gäste aus dem In- und Ausland sowie Journalisten, die von Presse, Funk und Fernsehen entsandt wurden. Die kurze offizielle Begrüßung erfolgte durch Herrn Klaus Pitschke. Im Anschluß an ihn nahm Bundesumweltminister Trittin das Wort von links nach rechts: Klaus Pitschke (Vorsitzender der Bewag AG), Jürgen Trittin (Bundesumweltminister), Dr. Klaus Rauscher (Vorstandssprecher der Vattenfall Europe AG), Prof. Dr. Wolfgang Methling (Landesumweltminister Mecklenburg- Vorpommern), Dr. Egbert Broßmann (Bewag AG) auf. Er erklärte, dass der Beginn der geothermischen Stromerzeugung eine wichtige Etappe beim Ausbau der erneuerbaren Energien sei. Denn mit Erdwärme kann Strom zu jeder Tages- und Nachtzeit produziert werden. Um das enorme Potenzial der Geothermie künftig nutzen zu können, kommt es nun darauf an, die Technologien zu optimieren, die Qualität und Wirkungsgrade der Anlagen zu steigern und die Kosten insgesamt zu senken, so der Bundesumweltminister Trittin weiter. Das sei auch der Grund gewesen, weshalb das Bundesumweltminis-terium die Anlage mit knapp Euro aus dem Zukunftsinvestitionsprogramm gefördert hat. Ziel der Bundesregierung ist, den Anteil der erneuerbaren Energien am Stromverbrauch von 6,25 Prozent auf 12,5 Prozent im Jahre 2010 zu verdoppeln und im Jahr 2020 einen Anteil von 20 Prozent zu gewährleisten. Dabei könnten 25 Prozent des Stroms und 35 Prozent der Wärme durch Erdwärme bereitgestellt werden. Im Rahmen der Novellierung des Erneuerbaren-Energien-Gesetzes (EEG) werden die Fördersätze für geothermischen Strom weiter differenziert und verbessert. Der Bundesumweltminister stellte in Aussicht, die Förderung des Marktzugangs für erneuerbare Energien im Rahmen des Marktanreizprogramms (MAP) zu verbessern Die in Deutschland einzigartige geothermische Kraftwerksanlage hier in Neustadt-Glewe ist ein sich öffnendes Fenster, das einen Blick auf weitere Chancen und Möglichkeiten moderner Energieversorgung erlaubt. Der Einsatz regenerativer Energien ist ein wichtiger Beitrag zum Umweltschutz für Vattenfall Europe, so der Vorstandssprecher Klaus Rauscher. Die Inbetriebnahme dieses Kraftwerkes sei aus diesem Grund auch keine Alibiveranstaltung, sondern zeichne den Weg auf, wie Vattenfall Europe sich die Erreichung der primären Versorgungsziele stelle. Geothermische Energie 43/2003 4

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6 Projektgeschichte des hydrothermalen Kraftwerks Neustadt-Glewe Dr. Heiner Menzel, Erdwärme-Kraft GbR, Berlin Die Projektgeschichte des hydrogeothermalen Kraftwerks in Neustadt-Glewe hat ein Zentrum, nämlich die Geschichte von zwei Bohrlöchern. Auf dieser Tatsache aufbauend sind im Laufe der Projektgeschichte zwei Unternehmen hervorgegangen. Zuerst wurde die Erdwärme Neustadt-Glewe GmbH gegründet, deren Aufgabe ist, die Fernwärmeversorgung in Neustadt- Glewe zu garantieren. Erst später wurde die Erdwärme Kraft GbR ins Leben gerufen, die für die Stromproduktion verantwortlich ist. Die unterschiedlichen Betreiberkonzepte veranschaulichen zum einen die Geschichte, die Nutzung der vorhandenen geothermischen Energie zu optimieren. Die Optimierung der Ressourcennutzung veranschaulicht zum zweiten die Geschichte, dass Geothermie unter bestimmten rechtlichen Rahmenbedingungen nutzbar ist. Gesellschafter der Erdwärme Neustadt-Glewe GmbH Anteile Stadt Neustadt-Glewe 47% WEMAG Schwerin 40% GTN Geothermie Neubrandenburg GmbH 8% NID Neustadt-Glewe Immobilien und Dienstleistungen GmbH 5% logischen Voraussetzungen für die Erdwärmegewinnung durchgeführt. Am begann man mit der ersten Bohrung in Neustadt-Glewe (NG 1/88), die den Nachweis von wasserführenden Sandsteinschichten erbrachte. Nach diesen günstigen geologischen Ergebnissen wurde im August 1989 eine zweite Bohrung (NG2/89) niedergebracht, die im Februar 1990 mit dem gleichen Ergebnis abgeschlossen werden konnte. Der Weg in die geothermische Versorgung Den eigentlichen Anstoß zur Realisierung war die Ausschreibung des Bundesministeriums für Forschung und Technologie (BMFT) vom Juli 1991 zur Förderung von Forschungs- und Entwicklungsvorhaben auf dem Gebiet der energetischen Nutzung hydrothermaler Tiefenwässer. Vor diesem Hintergrund erteilte die Stadt im August 1991 den Auftrag zur Entwicklung eines Konzeptes, um das Erdwärmevorkommen nutzen zu können. In einer gemeinsamen Projektgruppe von HEW und WEMAG wurde dieses Konzept erarbeitet und im Oktober 1991 dem (BMFT) vorgelegt. Der Weg aus dem Energieengpass Schon Anfang der 80er Jahre wurde in Neustadt-Glewe das Ziel verfolgt, geothermische Ressourcen zu erschließen. Die Geschichte der Erdwärme- Kraft GbR in Neustadt-Glewe ist eng mit der der Erdwärme Neustadt-Glewe GmbH verknüpft. Den Anfangspunkt haben beide im Jahr 1984, als der VEB Lederwerk August Apfelbaum die Idee hatte, statt des teueren Braunkohleeinsatzes Geothermie für die Prozesswärme zu nutzen. Anfang 1988 wurden bereits erste Schritte zur Erkundung der geo- Die günstige Ausgangslage, zwei nutzbare Bohrungen für die Exploration von Thermalwasser zu haben, war der Anlass zu ersten Gesprächen zwischen der Stadt Neustadt-Glewe und der WEMAG /HEW. Es bestand ein gemeinsames Interesse an der Nutzung der vorhandenen Bohrungen. Die Stadt hatte Ersatzbedarf für ein veraltetes Fernwärmeversorgungswerk, das ein Wohngebiet auf Braunkohlebasis mit Wärme versorgte, und die Norddeutsche Lederwerk GmbH Neustadt-Glewe hatte hohen Wärmebedarf für ihre Produktion. Im Mai 1992 erteilte das BMFT den Bescheid über die Zuwendung von Fördermitteln zur Durchführung des Projekts. Parallel dazu wurden weitere Fördermittel beim Land Mecklenburg-Vorpommern beantragt und mit dem Bescheid vom September 1992 seitens des Wirtschaftsministeriums auch bewilligt. Währenddessen wurde bereits im Januar 1992 die Erdwärme Neustadt-Glewe GmbH gegründet deren Aufgabe es ist, das geothermische Heizwerk zu bauen und zubetreiben. Neben der Stadt Neustadt-Glewe beteiligten sich die WEMAG AG, die Norddeutsche Lederwerk GmbH Neu- Geothermische Energie 43/2003 6

7 ANZEIGE 7 Geothermische Energie 43/2003

8 stadt-glewe und die Geothermie Neubrandenburg GmbH. Auf Grund des Rückganges der Lederproduktion in Neustadt- Glewe wurde später der Anteil der Norddeutschen Lederwerk GmbH Neustadt-Glewe von der NID Neustadt-Glewe Immobilien und Dienstleistungen GmbH übernommen. Der Bewilligungsbescheid zur Gewinnung der Erdwärme wurde durch das Bergamt Stralsund im November 1992 erteilt. Nach der Vorbereitungsphase bis April 1993 konnten die Ingenieur- und Planungsarbeiten vergeben und nach einer sehr kurzen und intensiven Planungsphase im September 1993 mit den Sondentestarbeiten begonnen werden. Ab dem wurden das Fernwärmesystem und der erdgasbetriebene Spitzen- und Reservekessel in Betrieb und die Versorgung der ersten Kunden aufgenommen. Im November konnte auch der Thermalkreislauf erstmalig gefüllt und getestet werden. Der Probebetrieb ergab zunächst einen unerwartet hohen Ausfall von Gasen, die zu Druckstößen im Leitungssystem führten. In dem Gas waren insbesondere Kohlendioxid und auch Methan enthalten. Um einer möglichen Explosionsgefahr vorzubeugen, wurde die Anlage daraufhin auf mögliche Gefährdungspunkte untersucht und an einzelnen Stellen nachgerüstet. Der daraufhin wieder aufgenommene Probebetrieb verlief dann reibungslos und der Gasausfall reduzierte und verfestigte sich erfreulicherweise innerhalb kurzer Zeit. Ab Februar begann der Probebetrieb mit der Übergabe der Anlagensteuerung an die neuentwickelte Leittechnik. Diese meisterte den sechswöchigen unterbrechungsfreien Probebetrieb ohne Beanstandungen, so dass vor Abschluss der Heizperiode 1994/95 die Anlage völlig funktionstüchtig war. Die Energiewende Heute versorgt das Heizwerk Industrieunternehmen, Gewerbebetriebe und Haushaltskunden mit Wärme. Dies geschieht durch direkte Wärmeübertragung. Bislang hatte das geothermische Heizwerk einen jahreszeitspezifischen Wärmebedarf abzudecken. Bald suchte man eine Lösung, im Sommer aus der überschüssigen Erdwärme Elektrizität zu gewinnen. Erst als das Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) am erweitert wurde, konnten die lange vorbereiteten Pläne zur Stromerzeugung allmählich umgesetzt werden. Um entsprechendes Know-how in die Stromproduktion einzubringen, wurden frühzeitig Partner gesucht, die im Bereich geothermischer Stromerzeugung tätig waren oder tätig werden wollten. So fanden die Unternehmen WEMAG, Bewag und die LanGeo GmbH zusammen, mit dem Ziel, die Erwärme Kraft GbR zu gründen. Ihre Aufgabe ist, die Kraftwerksanlage zu bauen und zu betreiben. Die Erweiterung des EEG stellte Strom aus geothermischen Kraftwerksanlagen den übrigen regenerativen Energien gleich. Nur so konnten die hohen Kosten des komplizierten Anlagenbaus getragen werden. Wegen der Gesellschafter der Erdwärme Kraft GbR Einmaligkeit des Konzeptes stellte das Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit Fördermittel bereit. Das vorhandene geothermische Potenzial ermöglicht eine zusätzliche Auskühlstufe. Dazu ist die Stromerzeugungsanlage vorgesehen. Diese wird nur bei Wärmeüberschuss und wärmegeführt betrieben, so dass keine Einschränkung der Wärmeversorgung auftritt. Die vorhandenen Mengenstromreserven an Thermalwasser machen die zusätzliche Auskühlung unkritisch. Einen weiteren Vorteil verspricht die kontinuierliche Entnahme auf hohem Niveau über das gesamte Jahr. Dies verhindert, dass wie bisher bei gedrosselter Entnahme ein Unterdruck an der Injektionsbohrung entsteht. Ein Unterdruck begünstigt Ausfällungen im Reinjektionsbereich und gefährdet die Lebensdauer der gesamten Anlage. Mit Betrieb der Stromerzeugungsanlage wird eine Strommenge von MWh/a erwartet. Der Stromeigenverbrauch wird auf rd. 40% der Stromerzeugung geschätzt. Durch den permanenten Volllastbetrieb der Tiefpumpe steigt deren Eigenstrombedarf um ca. 500 MWh/a an. Für die Rückkühlung sind nochmals ca. 150 MWh/a vom Stromertrag abzuziehen. So ergibt sich letztlich eine Netto-Stromerzeugung (bezogen auf die aktuellen Bedarfszahlen) von ca. 650 MWh/a. Das Erdwärme-Kraftwerk speist Anteile Bewag Berlin 51% LanGeo GmbH Landau (Pfalz) 24,5% WEMAG Schwerin 24,5% Geothermische Energie 43/2003 8

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12 Die Marktstellung, die Branchen- und die Konkurrenzsituation der Geothermie gegenüber der Versorgung aus fossilen Energieträgern und der Versorgung aus anderen Regenerativen Energien Robert Hagedorn, Dr. Heiner Menzel, LanGeo GmbH, Landau 1. Voraussetzungen für einen Vergleich der Marktstellung Die Marktstellung, die die Tiefe (Hydrothermale) Geothermie einnimmt, ist zur Zeit noch in erheblichem Maß von der politischen Situation geprägt. Es kommen außenpolitische, umweltpolitische und energiepolitische Aspekte zum Tragen. Diese fließen in die Klimaschutzpolitik der Bundesrepublik ein. So hat die Bundesrepublik im Sommer 1992 in Rio de Janeiro die Klimarahmenkonvention, die von mehr als 150 Staaten getragen wird, unterzeichnet. Sie trat im März 1994 in Kraft. Ziel der Konvention ist eine Stabilisierung der Treibhausgaskonzentration in der Atmosphäre. Auf der 3. Vertragsstaatenkonferenz zur Klimakonvention wurde Ende 1997 das Kyoto- Protokoll verabschiedet, in welchem sich die Industrieländer dazu verpflichtet haben, die Emissionen der Treibhausgase (darunter vor allem CO2- Emssionen) um mindestens fünf Prozent bis zum Zeitraum gegenüber dem Niveau von 1990 zu reduzieren. Die Europäische Gemeinschaft hat sich in Kyoto eine Minderung von 8 Prozent zum Ziel gesetzt; im Rahmen der EU-internen Lastenteilung ist Deutschland zur Senkung der sechs Kyoto-Gase um 21 Prozent verpflichtet. Im Vorfeld des Weltgipfels für nachhaltige Entwicklung in Johannesburg im August/ September 2002 haben die EU-Staaten das Kyoto-Protokoll ratifiziert. Die Marktstellung der Geothermie als Erneuerbare und CO2- freie Energie nimmt unter Beachtung dieser Prämisse beim Vergleich mit anderen konventionellen Energieträgern (vertikaler Vergleich) und bei der Gegenüberstellung zu anderen Erneuerbaren Energieformen (horizontaler Vergleich) eine Sonderstellung ein. Dies wirkt sich unmittelbar zugunsten der Marktstellung der Geothermie aus Die Marktstellung Erneuerbarer Energien auf dem Versorgungsmarkt Primärenergie ist der rechnerisch nutzbare Energiegehalt all jener Energieträger, die in der Natur vorkommen und noch keiner Umwandlung unterworfen sind. Hierzu zählen fossile Energieträger wie Stein- und Braunkohle, Erdöl und Erdgas und erneuerbare Energien (Sonnenenergie, Windkraft, Wasserkraft, Erdwärme und Gezeitenenergie). In Deutschland ist Mineralöl mit 38 Prozent der wichtigste Energieträger - gefolgt von Gas (21 Prozent), Steinkohle (13 Prozent) und Braunkohle (11 Prozent). Die Erneuerbaren Energieträger decken rund drei Prozent des Primärenergieverbrauchs Marktwirtschaftlicher Vergleich Aufgrund der Liberalisierung des Strommarktes mit der Energierechtsnovelle von 1998 sind die Rahmenbedingungen der leit- ungsgebundenen Energieversorgung grundlegend geändert worden. Mit ihr wurden die bestehenden Gebietsmonopole aufgehoben und ein direkter Wettbewerb zumindest bei der Stromversorgung eingerichtet. Dies führte dazu, dass die Strompreise gesunken sind, obwohl sich die Einkaufspreise für Rohöl- und Erdgasimporte im Vergleich zu 1998 fast verdoppelt haben (s. Energie Daten 2002, BMWi). Trotz der durch die Liberalisierung verursachten Preissenkung sind Erneuerbare Energien noch immer teurer als konventionelle Energieträger. Die Preisgestehung Erneuerbarer Energien hängt wesentlich von betriebswirtschaftlichen Faktoren ab Betriebswirtschaftlicher Vergleich Der Grund, weswegen Erneuerbare Energien z.zt. noch teurer sind als konventionelle Energien, ist zum einen der hohe Investitionsbedarf für Anlagen zur Bereitstellung Erneuerbarer Energien. Dieser ist bei geothermischen Anlagen doppelt so hoch als der Investitionsbedarf konventioneller Anlagen. Zum anderen steht ein höheres Investitionsrisiko solcher Anlagen gegenüber konventionell betriebenen zur Disposition. Dieses ergibt sich zum einen aus der geringeren Vollaststundenzahl (z.b.: Windstille/ Sturm oder geringere Sonneneinstrahlung), zum anderen aus dem Störfallrisiko eingesetzter Technologie. Ein weiterer Punkt des Investitionsrisikos ist der Geothermische Energie 43/

13 geringere Erfahrungshorizont beim Betrieb der Anlagen. Hier bieten konventionelle Anlagen trotz höherer Betriebskosten eine bessere Investitionsabschätzung Volkswirtschaftliche Betrachtungsweise Unter betriebswirtschaftlichen Gesichtspunkten werden die volkswirtschaftlichen Folgekosten des Einsatzes konventioneller Energieträger völlig ausgeblendet. Würden diese Kosten auf den Energiepreis umgeschlagen, wären die Erneuerbaren Energien deutlich besser gestellt und damit sogar wirtschaftlicher. Im Hinblick auf die volkswirtschaftlichen Aspekte sind folgende Punkte von Wichtigkeit: - Luft-, Boden- und Gewässerschutz Die Kosten für Umweltverschmutzungen durch Tankerhavarien oder Pipelinedefekte und die Aufwendungen zur Entsorgung des Abfalls (Standortsuche, Transportsicherung und Standortsicherung) bleiben beim Energiepreis konventioneller Energieträger oftmals unberücksichtigt. Das gleiche gilt auch für sekundäre Kosten wie erhöhte Aufwendungen für den Deichbau durch höhere Normalwasserstände im Küstenverlauf, Waldschäden durch Sauren Regen, Schutz gegen Murenabgänge im Gebirge, etc. - Klimaschutz Kosten für klimawandelbedingte Wetterkatastrophen (Überschwemmungen bei Binnengewässern 1998 u. 2002, Orkanschäden 1999, 2000, 2001 und 2002, Dürre- und Waldbrandschäden 2003, etc) - Sozialverträglichkeit Erholungs- und Einnahmeverluste der Tourismusbranche aufgrund fehlenden Schnees (wärmere Winter) oder verstärkter Algenbildung im Küstenbereich (wärmere Gewässer) und viele andere Faktoren Neben diesen Punkten ist auch der Ressourceneinsatz selbst zu berücksichtigen, denn fast die Hälfte aller chemischen Produkte, die für heutige Generationen unverzichtbar sind, basieren auf Verarbeitungsprodukten auf Rohölbasis. Energie aus diesem chemischen Grundstoff zu gewinnen, ist gleichzeitig kontinuierliche Verknappung des wertvollen Rohstoffes. Weiterhin ist für die Bundesrepublik als rohstoffarmes Land die Abhängigkeit von Primärenergieimporten zu nennen, die durch Substituierung heimischer Erneuerbarer Energien gemindert wird. ANZEIGE 13 Geothermische Energie 43/2003

14 1.1.4.Fazit Beim Umweltschutz im Energiebereich ist heute und in Zukunft ein wirksamer Klimaschutz die größte Herausforderung. Betrachtet man die durch den Klimawandel (mit)verursachten Schäden beziehungsweise deren Kosten, so ist der Umweltschutz im Energiebereich sowohl ökologisch als auch ökonomisch sinnvoll, denn diese Kosten kommen auf die heutige und künftige Volkswirtschaften zu. Heute den Umweltschutz im Energiebereich zu forcieren, bedeutet künftige Aufwendungen zu reduzieren. Seit ihrem Amtsantritt hat die Bundesregierung zahlreiche Initiativen ergriffen, damit Erneuerbare Energien in Zukunft einen deutlich höheren Anteil an der Energieerzeugung haben. Die Bundesregierung plant, den Anteil der Erneuerbaren Energien am Primärenergieverbrauch bis zum Jahr 2010 gegenüber 2000 auf 4,2 % und am Stromverbrauch auf 12,5 % zu erhöhen. Um den Einsatz Erneuerbarer Energien unter erschwerten marktwirtschaftlichen Bedingungen zu gewährleisten, hält die Bundesregierung neben einer höheren Vergütung von ins Netz eingespeistem Strom aus Erneuerbaren Energien nach dem Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) verschiedene Förderund Marktanreizprogramme bereit. Abb.1: Anteile erneuerbare Energien bei der Energiebereitstellung in Deutschland junge Technologie hat sie derzeit mit 1% noch einen geringen Anteil an der Gesamtenergiebereitstellung der regenerativen Energien. Dies verdeutlicht die nachfolgende Grafik, die den prozentualen Anteil jeweiliger Energieträger an der Gesamtproduktion Erneuerbarer Energien darstellt. Gemessen an den wenigen vorhandenen geothermischen Anlagen ist der Energieanteil der Geothermie jedoch sehr hoch. Dies liegt daran, dass die Geothermie im Gegensatz zu den anderen Energieträgern grundlastfähig ist. Die nachfolgende Grafik veranschaulicht das Ausbaupotential der einzelnen Erneuerbaren Energien. Hier weist die Geothermie ein größeres Potential als die Wasserkraft auf und bietet eine kräftigere Steigerung als die Windkraft. Durch die Grundlastfähigkeit wird die Geothermie zudem ein besseres Bereitstellungsangebot vorweisen als dies die Sonnenenergie (Photovoltaik und Solarthermie) vermag Marktwirtschaftlicher Preisvergleich Im Gestehungskostenvergleich der Erneuerbaren Energien zur Geothermie zeigt sich (s. nachfolgende Tabelle), dass die Photovoltaik mit Abstand die höchsten Gestehungskosten aufweist, gefolgt von der Geothermie auf die dann Biogasund Biomasseanlagen folgen. Wasserkraftanlagen dagegen bewegen sich bei ca. 10 Cent/ kwh, und Windkraftanlagen unterschreiten diesen Preis noch. Betrachtet man die sehr unterschiedlichen Gestehungspreise der Erneuerbaren Energien, so schlagen unterschiedlich hohe Investitionen, Betriebskosten (Wartung) und die Verfügbarkeit im Preisverhältnis zu Buche. Die 1.2. Die Marktstellung der Geothermie innerhalb der Erneuerbarer Energien Die Tiefe (Hydrothermale) Geothermie besitzt gegenüber den anderen in der Bundesrepublik zum Einsatz kommenden Erneuerbaren Energien eine Ausnahmestellung. Als relativ Geothermische Energie 43/

15 Investitionen werden von der Frage bestimmt, ob die Anlagen bzw. ihre Teile für eine Massenproduktion (z.b. Windkraftanlagen oder Solarzellen) geeignet oder ob vorwiegend Einzelanfertigungen nötig sind. Weiterhin sind Standzeiten durch unterschiedliche Verfügbarkeiten der Energieträger (Wasserzustrom, Windstärke, Temperatur, Sonneneinstrahlung, etc.) in den Preis einzubeziehen sowie deren Schwankungsbereich (Vollaststundenbetrieb). Der Technologieeinsatz bedeutet auch unterschiedliche Störanfälligkeiten. Entsprechend dem möglichen Sparpotential (Graustufentönung der Balken im Diagramm) zeigt die Geothermie als relativ neue Technologie daher ein enormes Sparpotential, das einen mittelfristig projizierten Gestehungspreis unter dem von Biogasanlagen möglich macht, ja sogar auf lange Sicht (Schwarztönung) und bei guten Temperaturgradienten des Untergrundes sogar dem Preis der Windkraft gleichkommen kann. Unter den Erneuerbaren Energien hat die Geothermie besonders hohe Investitionen, wobei diese in Abhängigkeit zur Bohrtiefe stehen, da die Bohrkosten etwas mehr als die Hälfte der Gesamtinvestition ausmachen. Durch die relativen Unwägbar- ANZEIGE 15 Geothermische Energie 43/2003

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19 Unternehmensstruktur mit Kurzportraits der beteiligten Unternehmen Marc Koch, Dr. Heiner Menzel, Erdwärme-Kraft GbR, Berlin Das geothermische Projekt in Neustadt-Glewe wird von zwei Unternehmen geleitet. Das ältere Unternehmen ist die Erdwärme Neustadt-Glewe GmbH, welche für die Fernwärmeversorgung zuständig ist. Das jüngere Unternehmen ist die Erwärme-Kraft GbR. Sie betreibt die Stromproduktion. Die nachfolgende Grafik zeigt die Struktur der beteiligten Unternehmen an diesem Projekt. Die komplexe Beteiligungsstruktur der verschiedenen Projektteilnehmer ist historisch gewachsen und spiegelt sowohl die zunehmende Liberalisierung des Versorgungsmarktes als auch das wachsende Engagement von Versorgungsunternehmen, Erneuerbare Energien in die Versorgung zu integrieren, wieder. Im Juli 1991 wurde von dem Projektbeteiligten, nämlich der Stadt Neustadt-Glewe, der WEMAG/HEW, der Geothermie Neubrandenburg und dem Norddeutschen Lederwerk GmbH Neustadt-Glewe, das Projekt der energetischen Nutzung hydrothermaler Tiefenwässer für eine Fernwärmeversorgung endgültig ins Leben gerufen. Im Januar 1992 wurde die Erdwärme Neustadt- Glewe GmbH gegründet, die dann 1994 die Fernwärmeversorgung Neustadt-Glewes aufnahm. Abb. 1: Unternehmensstruktur der Erdwärmenutzung in Neustadt-Glewe (Heizwerk und Kraftwerk) Die Erweiterung des EEG gab dem Geothermieprojekt Neustadt- Glewe eine neue Wendung, welche die Stromproduktion geothermischer Anlagen denen anderer Erneuerbarer Energie gleichstellte. Die Bewag, LanGEO und WEMAG suchten eine Lösung, den Wärmeüberschuss im Sommer in der bestehenden Anlage besser zu nutzen. Die WEMAG ist das regionale Versorgungsunternehmen in Mecklenburg-Vorpommern. Das Hauptgeschäftsfeld ist die Stromversorgung, in ihren Beteiligungsgesellschaften bietet die WEMAG auch Fernwärme an. Die Fläche des Versorgungsgebietes beträgt Quadratkilometer. Hier versorgt die WEMAG über ein Stromnetz von mehr als Kilometern Länge mehr als Verbraucher mit Strom. Mit der Beteiligung der Bewag an den Stadtwerken Landau entstand die EnergieSüdwest AG. Schon von Anbeginn wollte die EnergieSüdwest die geothermischen Ressourcen des Oberrheingrabens für die Energiegewinnung nutzen. Dies führte dann zur Gründung der LanGeo Gesellschaft zur Nutzung von Geothermie mbh im Mai Gegenstand der LanGeo GmbH ist die Nutzung von Geothermie zur Wärmeversorgung und Stromerzeugung. Darüber hinaus bietet die Nutzung des Know-hows für Beratungs- und Consultingleistungen sowie die Planung, Herstellung, Betrieb und Vertrieb von Anlagen zur Gewinnung regenerativer Energien an. Die Geschichte der Bewag ist mit der Berlins sehr eng verknüpft. Als erstes öffentliches deutsches Elektrizitätsversorgungsunternehmen wurde die Bewag 1884 unter dem Namen Städtische Elektricitäts-Werke von Emil Rathenau und Oskar von Miller gegründet. Auch die Bewag war immer bestrebt, die Stadt und ihre Einwohner mit Energie zu versorgen. Die erste Versorgungskrise brachte die Blockade Westberlins. Nur mit logistischer Hilfe der Alliierten (Luftbrücke) konnte die Be- 19 Geothermische Energie 43/2003

20 völkerung Berlins weiterhin versorgt werden. Die Bewag konnte seit 1952 nur auf städtischem Gebiet ihre Versorgungszentralen bauen. Daher wurde immer Wert darauf gelegt, Energieträger bestmöglich auszunutzen und Emissionen für die Stadtbewohner in Grenzen zu halten. Das Bewusstsein der Verknappung von Energieressourcen und das langjährige versorgungstechnische Inseldasein führte bei der Bewag dazu, schon recht frühzeitig Technologien zum Umweltund Klimaschutz einzuführen. Für die WEMAG als projektintegrierter Partner, galt es, das Projekt voranzubringen, die LanGeo, die ebenfalls schon mit dem Projekt vertraut war, wollte die erste Stromproduktion aus hydrothermalen Ressourcen in Deutschland verwirklichen und die Bewag sah mit der Realisierung einer geothermischen Kraftwerksanlage die Möglichkeit, neue Akzente im Bereich Erneuerbarer Energien zu setzen. Dazu wurde folgende Projektstruktur (rechts) entwickelt. Die WEMAG, die personell bisher den Betrieb und die Wartung der Fernwärmeversorgung der Erdwärme Neustadt-Glewe GmbH unterstützte, sorgt auch für einen optimalen Betrieb der Erdwärme-Kraft GbR. So können Synergien genutzt werden. Die Bewag und die LanGeo teilen sich die Geschäftsführung der Erdwärme-Kraft GbR. Um einen reibungslosen Projektablauf zu garantieren, stellte die Bewag außerdem den Projektkoordinator. Abb.2: Projektstruktur vom Kraftwerk Marc Koch, Erdwärme-Kraft- GbR, Köpenicker Str , Berlin, Tel: , Dr. Heiner Menzel, Erdwärme- Kraft GbR, Köpenicker Str , Berlin, Tel: , Fax: , ANZEIGE ANZEIGE Geothermische Energie 43/

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22 Geothermische Stromerzeugung Erweiterung des geothermischen Heizwerkes Neustadt-Glewe um eine ORC- Anlage Dr. Heiner Menzel, Erdwärme-Kraft GbR, Berlin 1. Vorbemerkungen Stromerzeugung aus geothermischen Quellen gewinnt auch in Deutschland im Rahmen der ehrgeizigen CO2-Minderungsziele wegen ihrer selbst bei Einbeziehung der gesamten Vorkette geringen Umweltbeeinflussung und der für regenerative Systeme günstigen spezifischen Erzeugungskosten an Bedeutung. Hinzu kommt die ganzjährige Verfügbarkeit der Quelle. Die augenblicklich umfänglich betriebene Vorbereitung von geothermischen Großanlagen an einigen vorteilhaften Lokationen sollte durch eine kurzfristig realisierbare Demonstrationsanlage ergänzt werden. Erfahrungen in Planung, Aufbau, Inbetriebsetzung und im praktischen Betrieb sollten gesammelt werden. Die vorhandene Anlage in Neustadt- Glewe bot dazu hervorragende Bedingungen. Dies betrifft sowohl den Erkundungsgrad der Ressource, die Übertragbarkeit ihrer Eigenschaften auf andere Standorte als auch die Kosten der Demonstrationsanlage. Das geothermische Heizwerk Neustadt-Glewe versorgt seit über fünf Jahren ausschließlich im direkten Wärmeübergang die Grundlast eines Fernwärmesystems von ca. 11 MW thermischer Leistung. Zur Deckung der Spitzenlast ist eine Kesselanlage in Betrieb. Abb.1: Mengenstromverteilung im Thermalwasserkreislauf Das geothermische Potential, das im gesamten Jahr in gleicher Größenordnung zur Verfügung steht, kann wegen der Spezifik einer Wärmeversorgung nur teilweise genutzt werden. An wenigen kalten Tagen im Jahr muss die Geothermie durch die Spitzenlast-Kesselanlage ergänzt werden. Das vorhandene Potential für zusätzliche Nutzungsmöglichkeiten der Geothermie, das sich aus dem o.g. ergibt, macht die Betrachtung einer vorgeschalteten ORC-Stromerzeugung aussichtsreich. Ein damit verbundenes Absinken der für die Wärmeversorgung zur Verfügung stehenden Thermalwassertemperatur ist wegen der vorhandenen Mengenstromreserven recht unkritisch. ORC-Anlagen, d.h. Turbinenanlagen nach dem Rankine-Prozess mit organischen Arbeitsmedien, sind bereits sinnvoll (mit Wirkungsraden zwischen 5 und 10 Prozent) ab Temperaturen von 95 C einsetzbar. Mittlerweile sind kommerzielle Systeme auch für geringere Leistungen zwischen 100 kw und 250 kw serienmäßig verfügbar bzw. werden auf die speziellen Verhältnisse zugeschnitten. Basis der energetischen Betrachtungen sind Messwerte des Betriebes in der jetzigen Form. Aus den im Wesentlichen ungestörten Betriebsjahren 1997 bis 1999 wurden dazu Mittelwerte ermittelt und die jahreszeitlichen Verläufe der Lieferungen und Verbräuche eines typischen Jahres an die Werte angepasst. 2. Aktueller Betrieb als Vergleichsmaßstab Folgende Randbedingungen liegen der Betrachtung zu Grunde: Thermalwassertemperatur: 97 C Maximaler Thermalwasserstrom: 110 m 3 /h Abbildung 1 spiegelt einen typischen Verlauf des Thermalwassermengenstromes über das Jahr wieder. Die Fördermenge ist dem Wärmebedarf über das Jahr Geothermische Energie 43/

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24 angepasst, was eine Absenkung in den Sommermonaten zur Folge hat. Der Wärmebedarf für die Prozesswärme im Lederwerk kann das Sommerloch nicht ausfüllen. In den Wintermonaten reicht die Wärmeproduktion aus Geothermie nicht aus, den Wärmebedarf zu decken, und es muss mittels Kesselanlage nachgeheizt werden. Im Betrieb zur Fernwärmeversorgung stellt sich folgendes Verhältnis der Wärmeerzeugung ein: - Jährliche Wärmeerzeugung: MWh - Jährlicher Gasbedarf für Spitzenlast:2.350 MWh Abb.2: Wärmebedarfsdeckung durch Geothermie (theoretisch,ohne Ausfälle) Bei letztgenanntem Wert wurde davon ausgegangen, dass an 10 Prozent des Jahres die Geothermie außer Betrieb ist, also 10 Prozent der in Abbildung 2 dargestellten theoretisch möglichen Wärmeerzeugung durch Kessel übernommen werden muss. Betrachtet man den Stromverlauf über die Monate eines Jahres, ergeben sich gleiche Verläufe wie beim Thermalwasserstrom, erkennbar in Abbildung 3, wobei hier ebenfalls davon ausgegangen wird, dass an 10 Prozent des Jahres die Geothermie außer Betrieb ist. Abb.3: Elektrische Leistung der Geothermiepumpe (theoretisch,ohne Ausfälle) 3. Betrieb mit ORC-Anlage Durch die vorgeschaltete Stromerzeugung steht für die geothermische Wärmeversorgung im Regelfall nur noch eine Temperatur von 84 C ZUR Verfügung: Speziell in den Sommernächten, wenn kein Heizbedarf besteht und keine nennenswerte Abforderung zur Warmwasserbereitung vorherrscht, wird noch weiter bis auf ca. 70 C ausgekühlt. Dagegen wird bei Spitzenwärmebedarf im Winter die Stromerzeugung zurückgefahren oder ganz eingestellt. Will man die Geothermie ganzjährig nutzen, bedeutet dies natürlich, dass zusätzlich Strom für die Förderung des Thermalwassers benötigt wird. Damit erhöht sich unweigerlich auch der Stromverbrauch über das Jahr. Unter Beachtung der vorab beschriebenen Randbedingungen lässt sich das folgende Anlagekonzept realisieren. Hintergrund dessen ist, dass keinerlei Einbußen an geothermischer Wärmeerzeugung zugelassen werden dürfen. Der Anteil des Kessels an der Wärmeerzeugung bleibt folgerichtig bestehen. Durch den permanenten Volllastbetrieb der Tiefpumpe steigt der Eigenstrombedarf an. Zusätzlich muss noch Strom für die Kühlung und für den ORCanlageninternen Verbrauch be- Geothermische Energie 43/

25 rücksichtigt werden. Es ist eine theoretische jährliche Stromerzeugung durch Geothermie von kwh/ a denkbar, wobei auch hier der Verlust von 20 Prozent der Stromerzeugung durch Stillstand des Thermalwasserkreislaufes eingerechnet ist. 4. Zusammenfassung der Stromerzeugung in Neustadt-Glewe - Vollständige Verwertung der nutzbaren geothermischen Energie - Steigerung der Effizienz in den Sommermonaten und in der Übergangszeit - Umsetzung einer Kraft-Wärme-Kopplung bei der Nutzung von geothermischer Energie - Keine Einschränkung / Eingrenzung des Anlagenbetriebes und der Wärmeversorgung (wärmegeführter Betrieb der Anlage) - Durch Erhöhung des Mengenstromes über das gesamte Jahr tritt kein Unterdruck mehr an der Injektionsbohrung auf Abb 4: Prinzipschema und Betriebsdaten des um eine ORC-Anlage erweiterten Geothermischen Heizwerkes Dr. Heiner Menzel, Erdwärme-Kraft GbR, Köpenicker Strasse 59-71, Berlin, Tel.: , Fax: , h.menzel@energie-suedwest.de 5. Umsetzung der Stromerzeugung aus geothermischer Energie in Neustadt-Glewe - Eine Einbindung in die vorhandene Anlage ist unkritisch - Der Standort der ORC-Anlage ist an der Förderbohrung - Eine Optimierung von Stromund Wärmeerzeugung ist unter Betriebsbedingungen möglich - Die Machbarkeit einer Stromerzeugung unter Nutzung von Thermalwässern der Norddeutschen Tiefebene wird demonstriert - Der Bau und Betrieb der Anlage erfolgt druch die Erdwärme-Kraft GbR ANZEIGE 25 Geothermische Energie 43/2003

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27 Ein GTN-Projekt: Geothermie in Neustadt-Glewe - von der Machbarkeitsstudie zur Stromerzeugung Dr.- Ing. Frank Kabus Erkundung und Aufschluss Der erste Schritt bei der Standortauswahl und -erkundung für das geothermische Heizwerk in Neustadt-Glewe umfasste eine komplexe Datenrecherche von Bohrungen und seismischen Messungen aus der näheren Umgebung zu folgenden Punkten: - Regionale geologische Bedingungen - Verbreitung und Ausbildung der Nutzhorizonte - Temperaturverhältnisse - Zusammensetzung der Thermalwässer Auf dieser Grundlage erfolgte eine erste Abschätzung der Speicherverbreitung, des technisch nutzbaren geothermischen Energiepotenzials und möglicher Aufschlussverfahren. An diesen ersten Schritt schlossen sich vibroseismische Spezialvermessungen an; danach wurden Ansatzpunkt und Zielbereiche der ersten Bohrung geplant. In der Bohrung wurden mehrere Sandsteinhorizonte angetroffen und durch spezielle Untersuchungsprogramme (Bohrlochmessungen, Formationsteste, Laboruntersuchungen) auf ihre Eignung komplex analysiert. Diese Untersuchungen sind wesentliche Grundvoraussetzung für einen erfolgreichen technischen Speicheraufschluss bzw. die Realisierung von Stimulationsmaßnahmen und haben somit einen direkten Einfluss auf die technische Ausführung und Auslegung der späteren Anlage. Nach Abteufen der 2. Bohrung und Abschluss der Testarbeiten wurde als Nutzreservoir ein Sandsteinhorizont der Oberen Trias ausgewählt, der durch folgende Parameter gekennzeichnet ist: - Tiefe: ca m; Mächtigkeit: m - Temperatur: ca. 100 C; Schichtwassermineralisation: ca. 220 g/l - Porosität: %; Permeabilität: 0,5-1*10-12 m² Die gemessenen Produktivitäten des ausgewählten Sandsteinreservoirs liegen zwischen 110 und 180 m³/(h*mpa). Die Standorterkundung wurde mit chemisch-mikro-biologischen Untersuchungen der Wässer sowie mit der hydrodynamischen und geochemischen Modellierung zur Langzeitstabilität des Thermalwasserkreislaufs abgeschlossen. Bau und Betrieb Im Anschluss an die Erkundungs- und Aufschlussarbeiten wurden die Endinstallationen der Bohrungen durchgeführt und die Planungen für den übertägigen Thermalwasserkreislauf modifiziert. Der seit nunmehr 7 Jahren andauernde Betrieb hat das Anlagenkonzept im Wesentlichen bestätigt; Material und Ausrüstung haben den hohen Temperaturen bei gleichzeitig auftretenden hohen Salzgehalten der Wässer standgehalten. Kurzzeitig auftretende Probleme bei der Reinjektion der Thermalwässer konnten durch eine moderate Abb 1: Geologischer Aufbau der Bohrungsdublette Abb. 2: Installation der Kühltürme 27 Geothermische Energie 43/2003

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29 schaften auf andere Standorte, die bereits vorhandenen Wärmeabnehmer als auch die Kosten der Demonstrationsanlage. Im Auftrag der Erdwärme-Kraft GbR übernahm GTN die Planung und Betreuung des Baus des ergänzenden Thermalwasserkreislaufs, der ORC-Anlage und des kompletten Rückkühlsystems. Diese erste deutsche geothermische Stromerzeugungsanlage, deren Bau vom BMU gefördert wird, geht im November 2003 in Betrieb. (Nachdruck aus GTNaktuell,Ausgabe November 2004) Abb.5: Vereinfachtes Fließschema der Wärme- und Stromerzeugung Planung, Aufbau, Inbetriebsetzung und im praktischen Betrieb zu sammeln. Das vorhandene geothermische Heizwerk in Neustadt-Glewe bot dafür hervorragende Bedingungen. Dies betrifft sowohl den Erkundungsgrad der Ressource, die Übertragbarkeit ihrer Eigen- Dr.-Ing. Frank Kabus, Geothermie Neubrandenburg GmbH, Lindenstr. 63, Neubrandenburg, Tel.: , Fax: , ANZEIGE ANZEIGE 29 Geothermische Energie 43/2003

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31 Technisches Konzept des geothermischen Kraftwerkes Neustadt-Glewe Dr.-Ing. Egbert Broßmann, Frank Eckert, Dipl.-Ing. Gerd Möllmann 1. Projektentstehung Das seit 1995 sehr erfolgreich laufende geothermische Heizwerk Neustadt-Glewe ist mit bis zu 98 % an der Wärmeversorgung der Stadt und des Lederwerkes beteiligt. Hieraus folgen einerseits große ungenutzte Erdwärmemengen im Sommer- und den Übergangszeiträumen, andererseits sind die C Thermalwassertemperatur für eine Stromerzeugung sehr niedrig. Den letzten Anstoß für ein geothermisches Stromerzeugungsprojekt wurde durch das Erneuerbare-Energien-Gesetz vom gegeben. Hiermit wurde erstmals eine Einspeisevergütung von 8,95 Cent/ kwh für Erdwärmestrom eingeräumt. Eigentlich sehr erstaunlich. Erstens ist Erdwärme weltweit hinsichtlich der erzeugten Energiemengen (Strom und Wärme) weiterhin die Nummer 2 hinter der Wasserkraft,und zweitens ist sie die einzige erneuerbare, emissionsfreie Energiequelle, die stets verfügbar und damit hinsichtlich der Versorgungsqualität voll mit den konventionellen Kraftwerken konkurrenzfähig ist. Ständig vorgehaltenen Reserveleistungen zum Ausgleich von sporadischen Stromangeboten kennt die Geothermie schlicht und einfach nicht. Unter diesen Aspekten wurde 2001/2002 ein Erdwärme-Kraftwerk mit 135 kw Leistung als Ausgangsprojekt entwickelt und vorgestellt. Das Erdwärmekraftwerk Neustadt-Glewe wird nach unseren Kenntnisstand weltweit das Erdwärmekraftwerk mit der niedrigsten Soletemperatur (98 C), bisher war dies die Anlage in Birdswill (Australien) mit 99 C kW-Kraftwerksprojekt 2.1. Ausgangsprämissen Die Projektentwicklung erfolgte durch die Bewag AG, Berlin, in Zusammenarbeit mit der LanGeo GmbH, Landau. Zur Entwicklung des heute in Betrieb genommenen Projektes sind Mitte 2002 mit Erdwärme- Neustadt-Glewe GmbH folgende Prämissen für die Zusammenarbeit der beiden Gesellschaften vereinbart worden: Bei dem Betrieb der geothermischen Anlage hat die Wärmeversorgung Priorität. Für die Stromerzeugung stehen damit stets nur die zur Wärmeversorgung nicht benötigten geothermischen Wärmemengen zu ANZEIGE 31 Geothermische Energie 43/2003

32 den zur Erhöhung der Stromproduktion und Leistung des Kraftwerkes konzipiert: Abb. 2: Geothermisches Heizwerk Neustadt-Glewe Verfügung. Damit ist im Winter von Kraftwerks-Stillständen über Wochen auszugehen. Es wurden die Konditionen für den Bezug der geothermischer Wärme aus dem Thermalwasser für das Kraftwerk vereinbart. Die Thermalwasserpumpe kann bei der sich ergänzenden Wärme- und Stromerzeugung gleichmäßig das ganze Jahr über mit einer konstanten Leistung betrieben werden. 2. Technisches Grundkonzept Da die Förderbohrung und das Heizhaus ca. 500 m auseinanderliegen wurde als günstigste Lösung die Thermalwasserversorgung des Kraftwerkes über einen kurzen Sole-Bypass vom und zum Filterhaus gewählt. Die Thermalwassermenge über den Kraftwerks-Bypass wird nach der Temperatur des Thermalwassers nach dem Filterhaus und vor dem Heizhaus geregelt. Letztere wird wiederum von der erforderlichen Heiznetztemperatur bei den Fernwärmekunden bestimmt. Folgende zwei Maßnahmen wur- 1. Die Besonderheit des Erdwärme-Kraftwerkes Neustadt-Glewe mit der Hauptbetriebszeit im Sommerzeitraum ließ es zweckmäßig erscheinen, mit brunnengespeisten Wasserkühltürmen statt der bisher vorgesehenen Luftkühltürme zu arbeiten. Hierfür gab es drei Gründe: 1. die relevanten Minderleistungen des Kraftwerkes mit Luftkühltürmen bei hohen sommerlichen Außentemperaturen von %; 2. der höhere Stromeigenbedarf der Ventilatoren; 3. evtl. unzulässige Lärmbelastungen durch die Ventilatoren. 2. Weiterhin wurde zur Steigerung der Kraftwerksleistung und damit Stromausbeute der gesamte zur Verfügung stehende Thermalwasser-Temperaturbereich von 98 bis ca. 71 C ausgenutzt. Die beiden Maßnahmen gesamter Temperaturbereich und Wasserkühlturm ließen eine um bis über das Doppelte höhe- ANZEIGE Geothermische Energie 43/

33 re Turbinenleistung erwarten, in Abhängigkeit vom ORC- oder Kalina-Prozeß variierend. Andererseits stand bei dieser anspruchsvollen Lösung, insbesondere die Wasserkühlturmlösung mit chemischer Wasseraufbereitung und Brunnen, nur noch die Hälfte des Budgets von insgesamt geplanten 800 T/EUR für die Turbinenanlage zur Verfügung. Das erhöhte die Schwierigkeiten sprunghaft, weil die Turbinen-Niedertemperaturtechnik den innovativen Kern der Anlage darstellt. 3. ORC- oder Kalinaturbine? Die strikten Begrenzungen bei den Investitionskosten zwangen uns zur Suche nach einer optimalen Turbinentechnik, die bei akzeptablen Investitionsaufwand die erforderliche Stromausbeute gewährleistet. Aus diesem Grunde wurde von Anfang an auf eine preiswerte einstufige Turbine ohne Getriebe orientiert. Bei den niedrigen Thermalwassertemperaturen von 98 C musste das Turbinenmedium zudem einen Siedepunkt weit unter dieser Temperatur aufweisen. Diese thermodynamischen Anforderungen erfüllte das schwere Gas Perfluoropentan (C 5 F 12 ) mit einem Siedepunkt von 31 C bei Normaldruck am besten. Es ist mit einem Molekülgewicht von 288 viermal schwerer als Pentan mit 72 und um vieles schwerer als Wasser und Ammoniak mit jeweils 18. Die nutzbare Bewegungsenergie der schweren Moleküle lässt sich aufgrund ihrer geringeren Geschwindigkeit mit einem einzigen Turbinenschaufelkranz bei der maximalen Turbinendrehzahl 3000 U/min weitgehend abbauen. Die maximale Turbinendrehzahl ist durch den 2-poligen Generator und 50 Hertz Netzfrequenz nach oben begrenzt. Bei dem leichteren und damit schnelleren Pentan wäre eine in der Anschaffung entweder kostspieligere größere Turbine oder zweistufige Turbine zur Erreichung von Drehzahlen um 3000 U/min erforderlich geworden. Bei einer kleinen Turbine wären bei Pentan Drehzahlen weit über 3000 U/min eingetreten, die ein zusätzliches Getriebe erfordern. Alle Varianten mit leichteren Stoffen wären bei unseren konkreten Bedingungen in der Investition teuerer gewesen und hätten höhere Betriebsverluste verursacht. Das Energiegefälle (Enthalphie) von Perfluoropentan bietet bei niedrigen Temperaturen bis ca. 150 C und bis zu Leistungen von ca kw eindeutige Vorteile für eine preiswerte Turbinenauslegung. Damit greift die oben gestellte Frage zu kurz, weil es bei ORC-Prozessen auch noch große Unterschiede gibt. Wir prüften ebenfalls intensiv den Kalina-Prozeß, wohl wissend, ANZEIGE 33 Geothermische Energie 43/2003

34 das dieser innovative Zweistoffprozeß den finanziellen Rahmen des Projektes übersteigen wird. Die Trennungs- und Absorptionsmechanismen haben eben ihren Preis. Das Vorangebot zeigte, dass die erwarteten Strommehrerlöse bei den prognostizierten ca. 300 kw Leistung die Mehrinvestitionen rechtfertigen würden. Dies änderte sich jedoch bei der offiziellen Angebotsabgabe. Die beiden wichtigen Parameter Investitionskosten und Leistung veränderten sich in die für uns jeweilige ungünstige Richtung. Den Ausschlag für eine ORC- Anlage gab aber letztendlich die Einfrierproblematik des Ammoniak-Wasser-Gemisches im Winter bei fernwärmebedingtem Stillstand des Kraftwerkes. Die Problematik des Einfrierens des Kühlwassers - das stark salzhaltige Thermalwasser und Perfluoropentan (Gefrierpunkt unter -53 C ) frieren praktisch nicht ein - bereitet uns aber weiterhin Kopfzerbrechen. Bei Frosttemperaturen muss das Wasser aus dem Kühlkreislauf rechtzeitig abgelassen werden. Der Kühlkreislauf mit normalen Stahlrohren ist dann mehrere Wochen geleert, und Korrosionsprobleme sind schwerlich zu vermeiden. 4. Technische Lösungen 4.1. ORC-Kraftwerkskomplex Abb.2: Geothermisches Kraftwerk Neustadt-Glewe ter der Wasseraufbereitung ist das Chemielager und seitlich das Abschlemmbecken. Von dort erfolgt der Wasserablauf unterirdisch über das ganze Grundstück zu dem seitlich vom Grundstückseingang angelegte Verrieselungsbecken. Östlich vom Kraftwerk ist weiterhin das Pumpenhaus für die Kühlwasserpumpe, der Brunnen und die kompakte elektrische Übergabestation hinter dem Filterhaus, die den im Kraftwerk erzeugten Strom mit einer garantierten Nennleistung von 210 kw in das 20-kV-Ortsnetz speist. Das Kraftwerk wird automatisch betrieben und mit regelmäßigen Kontrollgängen, außer am Wochenende, überwacht. Die erneuten Inbetriebnahmen nach Stillständen im Winter oder wegen Störungen erfolgen vom Personal Thermalwasserkreislauf Das Thermalwasser wird mit der Förderpumpe (140 kw Leistung) an die Oberfläche gepumpt, im danebenstehenden Filterhaus gereinigt und dann in zwei Ströme zum Heizhaus und Kraftwerk aufgeteilt. Das salzreiche Thermalwasser wird oberirdisch nur Das ORC- Kraftwerk ist in einem neun Meter langen Container in der Nähe der vorhandenen Förderbohrung und des Filterhauses installiert. Parallel neben dem Container stehen die beiden Industriekühltürme mit quadratischer Grundfläche und einer Höhe von fast 6 m und dahinter die Wasseraufbereitung, die ebenfalls in einem Container mit 6 m Länge untergebracht ist. Hindurch GFK (Glasfaser-Kunstoff)- Rohre kraftwerksseitig geleitet. In dem abzweigenden Kraftwerksrohr gibt das Thermalwasser über einen Wärmetauscher Wärme an das organische Turbinenmedium ab. Danach vermischt sich das ausgekühlte Thermalwasser wieder mit dem Thermalwasserhauptstrom und fließt zu dem 500 m entfernten Heizhaus, wo es erneut über Wärmetauscher zu Heizzwecken ausgekühlt wird, um dann in 1,2 km Entfernung vom Heizhaus durch die Injektionsbohrung in über 2 km Tiefe zu gelangen Turbinenkreislauf ORC- Prozess (Organic Rankine Cycle) Die Turbine wird mit dem synthetischen organische Stoff Perfluoropentan angetrieben, welches bereits bei ca. 30 C siedet, statt Wasser bei 100 C. Der organische Stoff siedet in dem von Thermalwasser gespeisten Wärmetauscher aus Titan und gelangt zur Turbine. Der in der einstufigen Turbine sich entspannende und mechanische Arbeit verrichtende organische Dampf wird im nachfolgenden Kondensator wieder verflüssigt. Dies erfolgt an den kalten Wasser- Geothermische Energie 43/