Geothermie. European Institute Energie braucht Impulse

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Dieter Lorentz
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Geothermie Dr. Roman Zorn zorn@eifer.uka.

(EIfER) Dipl.-Geol. Thomas Kölbel t.koelbel@enbw.

1 Geothermie Dr. Roman Zorn European Institute for Energy Research (EIfER) Dipl.-Geol. Thomas Kölbel HOL TF Energie Baden Württemberg AG Energie braucht Impulse

2 Definition und Nutzungsmöglichkeiten Geothermie ist die in Form von Wärme gespeicherte Energie unterhalb der Oberfläche der festen Erde (VDI 4640) Gebäudeheizung direkte Wärmenutzung, Thermalwasser etc. Strom- und Wärmeerzeugung

Oberfläche der festen Erde (VDI 4640) Gebäudeheizung

3 Strom aus Geothermie weltweit Summe: 8.910,7 MW Quelle: World Geothermal Congress,

4 Geothermische Stromerzeugung in Europa (?) Quelle: Bertani, ) Leistung für Deutschland korrigiert Summe: MW 4 Leistung Kraftwerk Phillippsburg: ca MW aber: das technische Potential der Geothermie in Deutschland reicht aus, um über 50% unseres Strombedarfs zu decken

1.102 MW 4 Leistung Kraftwerk Phillippsburg: ca. 2.

5 Mancherorts ist s heißer sehr hohe Temperaturen an den Grenzen tektonischer Platten aber auch: dort sind Seismizität und Vulkantätigkeit besonders ausgeprägt z.b. Indonesien z.b. Südamerika z.b. Hawaii z.b. Island z.b. Oberrheingraben Quelle: US Geological Survey,

Vulkantätigkeit besonders ausgeprägt z.b. Indonesien z.b. Südamerika z.

6 6 Geothermiekraftwerke und Plattengrenzen

7 Temperaturverteilung in Europa und Deutschland in Deutschland sind die bayerische Molasse, das Norddeutsche Becken und vor allem der Oberrheingraben interessant Quelle: Geoforschungszentrum Potsdam, 2001 Quelle: Royal Dutch Shell,

Becken und vor allem der Oberrheingraben interessant

8 Der Oberrheingraben im Detail 8 Quelle: Quelle: VGB, 2005

9 Bruchsal ein geologischer Glücksfall Hydrothermale Wärmequelle in geologischer Bruchzone zwei Bohrungen 1985/87 bis bzw m Tiefe Fließrate ca l/s, Temperaturen ca. 120 C Leistung ca. 0,5 MW Bau und Inbetriebnahme des Kraftwerks bis Ende Quelle: ewb Bruchsal

000 bzw. 2.500 m Tiefe Fließrate ca. 22-24 l/s, Temperaturen ca.

10 Lage der Bohrungen, Vernindungsleitung GB 1 Verbindungsleitung GB 2

11 Brunnenköpfe GB I und II GB I GB II

12 Geologie und Hydrogeologie Staffelbruch an der Ostflanke des Rheingrabens im Bereich der Hauptrandabschiebung Nennenswerte Spülungsverluste im Mittleren Buntsandstein Ein hydraulischer Kontakt zwischen den Brunnen GB I und II ist wahrscheinlich Thermalwasserleiter: Buntsandstein und Perm Temperatur am Bohrlochtiefsten (GB II): ca. 134 C Alter des Thermalwassers: mehrere 10er Mio. Jahre umgezeichnet nach LGRB BW, 1988

zwischen den Brunnen GB I und II ist wahrscheinlich Thermalwasserleiter: Buntsandstein und Perm

13 Profil- und Ausbauzeichnung umgezeichnet nach LGRB BW, 1988

14 Aktuelle Baustellenfotos Kühlwasserpumpenhaus und Wasseraufbereitung Maschinenhalle Kühlturmfundament und Wanne

15 Soultz-sous-Forêts künstlicher Wärmetauscher im Untergrund 3 Bohrungen, je ca m tief Leistung ca.1,5 MW Fertigstellung in Quelle: Universität Freiburg, 2007 Quelle:

16 Basel erstes kommerzielles Projekt? Ziel: Errichtung eines geothermischen Heizkraftwerks nach dem Hot-Fractured -Rock-Verfahren Pilotcharakter: der tiefe Untergrund in Mitteleuropa relativ einheitlich aufgebaut Fertigstellung der ersten Tiefenbohrungen Oktober 2006 geplante Leistung: 6 MW elektrisch + 17 MW thermisch Erzeugung von Strom und Wärme ab 2009 (Weiterführung des Projektes noch nicht entschieden) Quelle: Geopower Basel AG Beben vom , Magnitude 3,4 Einspeisen der Wärme in das Fernwärmenetz Basel 16 Quelle: LGRB Baden-Württemberg 2006

Mitteleuropa relativ einheitlich aufgebaut Fertigstellung der ersten Tiefenbohrungen Oktober 2006 geplante Leistung: 6 MW elektrisch + 17

17 Erdbeben jedes Jahr weltweit knapp Beben mit Magnituden von 3 bis 3,9 im Raum Basel wurden in den letzten 30 Jahren 640 Beben mit Magnituden bis 4,9 gemessen Induzierte Beben sind nichts Neues (Staudämme, Bergbau, Tunnelbau, Erdöl-/Erdgasförderung etc.) Magnituden induzierter Beben reichen bis ca. 4,5 17

Jahren 640 Beben mit Magnituden bis 4,9 gemessen Induzierte Beben sind nichts

18 Was braucht wie viel Energie? 194 PJ PJ PJ PJ PJ 333 PJ Wärme Mechanische Energie Beleuchtung Raumwärme Warmwasser sonst. Prozesswärme Situation in Deutschland Bedarf Warmwasser & Heizung: ~2.600 Peta-Joule 1) Technische Potential oberflächennahe Geothermie: ~ 960 Peta-Joule 2) installierte Leistung aktuell: ~ 6-7 Peta-Joule 1) VDEW, ) Witt&Kaltschmitt, ) BWP, 2007

Prozesswärme Situation in Deutschland Bedarf Warmwasser & Heizung: ~2.

19 Heizen und Kühlen aus dem Untergrund 19

20 Heizen und Kühlen mit Erdwärmesonden

21 Erdwärmesondenanlagen weltweit Situation weltweit 1) installierte Leistung: ~ MW für Deutschland: eine Verdoppelung in den letzten 3 Jahren auf etwa 1 GW installierte Leistung (Stand 2007) Schweden (3.800 MW) Dänemark (770 MW) China (610 MW) Kanada (460 MW) MW Deutschland (460 MW) Schweiz (460 MW) Norwegen (460 MW) Österreich (310 MW) USA (7.200 MW) Finnland (310 MW) Niederlande (310 MW) Tschechien (150 MW) 1) Witt & Kaltschmitt, 2005

22 ) BWP, Oberflächennahe Geothermie: Marktzahlen 1) Jährliche installierte Anzahl Wärmepumpen in Deutschland 3) Erdreich Grundw asser Luft

23 Erdwärmesondenbohrung in Ludwigsburg 23 Quelle: Terrasond, 2005

24 Einbau einer Erdwärmesonde Quelle: Terrasond,

25 Hinterfüllung der Bohrung 25 Quelle: Burkhardt Erdwärme, 2007

26 Anschlussfertige Erdwärmesonde 26 Quelle: Burkhardt Erdwärme, 2007

27 NewFill ein spezielles Hinterfüllmaterial Einsatzbereich Problematischer Untergrund (Karst, Klüfte etc.) Arteser (in Abhängigkeit vom Druckwasserspiegel) Eigenschaften vergleichsweise höhere Dichte als Standardmaterial (~2,4 g/cm³) verbesserte Wärmeleitfähigkeit durch Graphitzusatz geringe Porenraumöffnung, sehr hohes Quellvermögen (kf < m/s) Hinterfüllung mit Pellets Hinterfüllung mit Pellets Herkömmliche Hinterfüllung Kies Ton Kies Ton Sandiger Schluff Hinterfüllung Kies Ton Kies Ton Sandiger Schluff Hinterfüllung Kies Geklüftetes Festgestein

28 NewFill Versuche Manometer P Injektionspumpe 5 m EWS-Doppelführung alle 3 m Außendurchmesser 135 mm Vollwandrohr Dn150 (165x7,5) abgedichtet mit L-Dichtung 75 m 30 m 60 m Erdwärmesonde 4x70 m; da 0 32 mm mit Duplex Sondenfuß Thermoseal Wärmeleitfähigkeit [W/(mK)], Wassergehalt [Gew. %], Porosität [%] m 73 m 2 Bohrungen, 4mm Filterkies 0,7-1,2 mm Stahlgewicht 40 kg Tiefe [m] Wärmeleitfähigkeit Wassergehalt Porosität Eingeschweißter PVC-Boden

29 Neubaugebiet Neumatten in March-Huchstetten 154 Wohneinheiten teilen sich eine Wasser-Wasser-Anlage zentrale Brunnengruppen mit Wasserverteilnetz je Wohneinheit eine Wärmepumpe Abrechnung über den Wasserverbrauch je Wohneinheit ca. 800 kw Heizleistung

30 Neubaugebiet Neumatten in March-Huchstetten 154 Wohneinheiten teilen sich eine Wasser-Wasser-Anlage zentrale Brunnengruppen mit Wasserverteilnetz je Wohneinheit eine Wärmepumpe Abrechnung über den Wasserverbrauch je Wohneinheit ca. 800 kw Heizleistung 30

31 Triberg: weltweit tiefste CO 2 -Sonde CO 2 phase diagram > no need for a circulating pump > very low environmental harmfulness (no refrigerant is used), > coefficient of performance is higher (~6 versus 4 for conventional medium, higher thermal conductivity). > Single pipe solution up to 15 kw (depth up to 200 m) 31

32 Triberg: weltweit tiefste CO 2 -Sonde P1 Evaporator 3 Refrigerant cycle 4 Heating cycle 10m 25m 50m T1 T2 T3 T4 T15 W1 W2 T9 T14 T10 T13 Heating source CO -heat pipe 2 T11 Discharge-line Condenser 1 Vapor line T12 T18 Forward flow Reflux H1 H2 T19 Heat meter 100m 150m T5 Fractured granite T6 W3 Legende Heat pump T17 T16 Hot water T1 Temperature probe 200m T7 P1 Pressure probe W1 Resistivity probe 250m T8 W4 Fibre optic cable H1 Heat meter Heat use heater 32

33 33 Triberg: weltweit tiefste CO 2 -Sonde

34 34 EIfER-Geothermie

35 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit noch Fragen??? 35

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