Potenzial und Nutzung der geothermischen Energieerzeugung

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Leon Kohl
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1 Potenzial und Nutzung der geothermischen Energieerzeugung g g Dr. Fred Rosenberg

2 Grundlagen und Begriffe Geothermischer Gradient Nordhessen: ca. 30 C/km Oberrheingraben: ca. 57 C/km Geologie (Gestein/Reservoir): Wärmeleitfähigkeit [W/(m*K)] Durchlässigkeit (k f -Wert) [m/s] Permeabilität [m 2 ] Transmissivität [m 2 /s] Transmissibilität [m 3 ] VDI Erdwärme < 400 m: Flache Geothermie: Erdgekoppelte Wärmepumpen > 400 m: Tiefe Geothermie: Direktnutzung (+Tiefe Sonden) Teufe, m u. GOK Temperatur, C Nordhessen Oberrheingraben 2

Transmissibilität [m 3 ] VDI 4640 - Erdwärme < 400 m: Flache Geothermie: Erdgekoppelte Wärmepumpen > 400 m: Tiefe Geothermie: Direktnutzung (+Tiefe

3 Flache Geothermie - Varianten erdgekoppelter Wärmepumpen: Erdwärmesonden (Hessen: 97% von 6600 genehmigten Anlagen) Brunnenanlagen (Hessen: 2,5%) Erdwärmekollektoren Energiepfähle Quelle Abbildungen: Bundesverband Wärmepumpe e.v. 3

Brunnenanlagen (Hessen: 2,5%) Erdwärmekollektoren

4 Flache Geothermie - Kennzahlen des geologischen Untergrundes Temperatur Wärmeleitfähigkeit Beispiel: durchschnittliches EFH*: *: 21 MWh Jahres-Heizwärmebedarf Wärmeleitfähigkeit Tiefe der 10 kw Heizleistung, [W/(mK)] Erdwärmesonden Jahres-Volllaststunden [m] bei 2 Bohrungen 2 Doppel-U-Sonden, Sonden- 1,5 109 abstand: 6 m 2, C mittl. Erdreichtemperatur 2, ,0 71 Frankfurt Wenings 4

5 Flache Geothermie -Technik und Wirtschaftlichkeit hk it (Erdwärmesonde) d Bohrung /m Sonde Spezifische Entzugsleistung (bis 30 kw: VDI ) W/m (50 m/kw 10 m/kw) Wärmepumpe => C Jahresarbeitszahl (JAZ) 35 C Vorlauf: ca. 4,0 50 C Vorlauf: ca. 2,5 Energiekosten [ /kwh]* Öl: 0,074 Gas: 0,050-0,070 Pellets: 0, Erdwärme/JAZ 3,5: 0,060 Erdwärme/JAZ 4,0 mit 0,043 Sonderkondition EVU *Stand 08/ Quelle: Regierungspräsidium Darmstadt 5

6 Flache Geothermie - Energiegewinnung Musteranlage: - 10 kw - JAZ = h/a Betrieb Erdwärmesonden in Hessen angenommene mittlere Leistungsabgabe (EW netto): 1,7 kw therm Jahresproduktion: 15 MWh / 54 GJ Bundesweit ca installierte erdgekoppelte Wärmepumpen: angenommene mittlere Leistungsabgabe (EW netto): 340 MW therm Jahresproduktion: 3 TWh / 11 PJ 6

Jahresproduktion: 15 MWh / 54 GJ Bundesweit ca. 200.

7 Tiefe Geothermie 7

8 Temperaturverteilung und höffige Regionen Quelle: 8

9 Tiefe Geothermie - Technik und Wirtschaftlichkeit (hydrothermales System) Bohrungen /m Fündigkeit 98 C 160 C Förderrate: <50 - >500 m 3 /h (<14 - >140 l/s) Stimulation Übertägige Anlage ORC-Verfahren Kalina-Verfahren Kraft-Wärme-Kopplung Eckwerte Kosten* 10 Mio. /MW el Wärmeprojekt: 40 Mio. / Ew. * Quelle: Dobschütz & Reif/Bayer. LB 2009 [%] Wasser-Frac (BGR 2011) ORC-Anlage (Quelle:C.Ableiter/Wikipedia) 9

Kalina-Verfahren Kraft-Wärme-Kopplung Eckwerte Kosten* 10 Mio. /MW el Wärmeprojekt: 40 Mio. /10.000 Ew.

10 Tiefe Geothermie - Energiegewinnung Potenzial BRD elektrisch* theoretisch: ti h 118 EJ/a - 33 PWh/a - 4 GSKE/a GW el technisch: 1% theoretisch 65% Jahresverbrauch bei KWK erheblich weniger! Potenzial BRD Wärme* theoretisch: 1500 EJ/a 420 PWh/a 50 GSKE/a GW therm technisch: 33% theoretisch % Jahresverbrauch Anlagen in Deutschland, Stand 12/2010** in Betrieb/Bau: 33 Anlagen (davon 12 mit Stromgewinnung***, 2 EGS, 1 Sonde) Leistung elektrisch: 49,5 MW Leistung Wärme: 384,6 MW in Planung: 82 Anlagen * Quelle: BMU 2007 ** Quelle: GtV-BV *** Gestehungspreis: 17,6 27,9 Ct/kWh - Quelle: Wirtschaftsforum Geothermie, Sept

000% Jahresverbrauch Anlagen in Deutschland, Stand 12/2010** in Betrieb/Bau: 33 Anlagen (davon 12 mit Stromgewinnung***, 2 EGS, 1 Sonde) Leistung elektrisch: 49,5

11 Tiefe Geothermie Prognose Wind Land [TWh] Wind See Wasserkraft Photovoltaik Biomasse Geothermie Quelle Daten: Bundesverband Erneuerbare Energien e.v

2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019

12 Zusammenfassung Flache Geothermie Als erdgekoppelte Wärmepumpe für die Gebäudeheizung etabliert. Abschätzung der BRD-weiten Wärmegewinnung aus flacher Geothermie: 3 TWh/a bzw. 11 PJ/a, angenommene mittlere Leistungsabgabe: 340 MW therm. Flächendeckendes Potenzial für Neubauten. Tiefe Geothermie Als vorwiegend hydrothermale Systeme in Nord-, Süd- und Südwestdeutschland als Wärme- oder kombinierte Strom-Wärme-Projekte in Betrieb, Bau oder Planung. 33 Anlagen in Betrieb oder Bau mit realisierter oder projektierter installierter Leistung: ca. 50 MW / ca. 0,4 TWh/a elektrisch, ca. 380 MW / ca. 3 TWh/a Wärme. Prognose 2020: 4 TWh/a elektrisch: ca. 0,7% des Bedarfes, ca. 1,5% der prognostizierten installierten Stromproduktion aus EE. 12

Tiefe Geothermie Als vorwiegend hydrothermale Systeme in Nord-, Süd- und Südwestdeutschland als Wärme- oder kombinierte Strom-Wärme-Projekte in Betrieb, Bau oder Planung.

13 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Dr. Fred Rosenberg

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