Geothermie: Perspektive eines Energieversorgers Allensbach, Mai 2011 Lena Eggeling Thomas Kölbel Forschung & Innovation Energie braucht Impulse
Strom aus Geothermie weltweit Europa Afrika Australien Summe: 8.910,7 MW Amerika Asien Quelle: World Geothermal Congress, 2005 2
Geothermische Stromerzeugung in Europa (?) Portugal Russland Frankreich Quelle: Bertani, 2007 1) Leistung für Deutschland korrigiert Summe: 1.102 MW Island Italien Deutschland 1) Potential der Geothermie in Deutschland: 50% des Strombedarfs 3
Warum Geothermie? Leistung x Zeit = Energie 1 MW x 1.000 h/a = 1.000 MWh/a 1 MW x 2.000 h/a = 2.000 MWh/a 1 MW x 8.000 h/a = 8.000 MWh/a
5 Installierte Leistung, Stromproduktion und Verfügbarkeit Electrical Output [GWh] Installed Capacity [MW] / Availability [h/y] Quelle: World Geothermal Congress, 2005 & EER, 2009)
Mancherorts ist s heißer sehr hohe Temperaturen an den Grenzen tektonischer Platten aber auch: Seismizität und Vulkantätigkeit besonders ausgeprägt z.b. Indonesien z.b. Südamerika z.b. Hawaii z.b. Island z.b. Oberrheingraben Quelle: US Geological Survey, 1999 6
Aktuell verfügbare Kraftwerkstechnologien 7 Quelle: DOE, 2007, EER 2009
Temperaturverteilung in Europa Quelle: Royal Dutch Shell, 2000 8
Geothermisch bevorzugte Gebiete Norddeutsches Becken Oberrheingraben Bayerische Molasse Reference: Geotis, 2009 9
Energie aus Geothermie Differenztemperatur Eintritt Kraftwerk Austritt Kraftwerk Energie = m * T * c p Quelle: Geopower Basel AG mögliche Förderrate Thermalwasser Spezifische Wärmekapazität des Thermalwassers 10
Hydrothermale Geothermie Porensystem Kluftsystem Karstsystem 11
Auslegungsdaten des Geothermiekraftwerks Thermalwasser Fördermenge: 24 l/s Vorlauftemperatur: 123 C Rücklauftemperatur: 60 C Thermische Leistung: 5.500 kw Kraftwerk Betriebsdruck: 22 bar Arbeitsmedium: Ammoniak/Wasser Elektrische Leistung: 550 kw Kühlung: Nasskühlturm Wärmetauscher: Plattenwärmetauscher Turbine: einstufige Radialturbine 12
13 Kraftwerksschema
Soultz-sous-Forêts: der EGS Prototyp Installierte Leistung: net 1,5 MW el. Erweiterung auf 5-6 MW el. ist geplant R & D Partner: EU, ADEME, BMU, PtJ, EDF, ES, Evonik, Pfalzwerke, EnBW 14 Quelle: GEIE, 2008
Zukunftstechnologie: Enhanced Geothermal Systems Entwicklung eines unterirdischen Wärmetauschers Risserweiterung und neubildung durch Stimulation Stimulation kann hydraulisch und/oder chemisch erfolgen 15 Quelle: Genter, 2009
Natürliches und stimuliertes Reservoir 0 500 Temperature Logs Equilibrium GPK-2 GPK-3 GPK-4 1000 1500 Deckgebirge 2000 2003 true vertical depth [m] 2000 2500 3000 Zone mit Konvektion Kristallines Basement 2004 2005 3500 4000 4500 5000 5500 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 temperature [ C] Quelle: Temperaturdaten von GGA Hannover Nach der Stimulation: 16 Produktivität 20x verbessert 3 km³ Reservoir stimuliert
Kraftwerksdesign Evaporator Turbine Gear G Generator Condenser Preheat Unit Pump Regenerator GPK2 GPK3 GPK4 17 Quelle: G.E.I.E, 2009
Social Acceptance: Seismizität Magnituden Richterskala ist logarithmisch Statistik jedes Jahr weltweit ca. 60.000 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 Quelle: Huenges, 2010 Induzierte Beben Staudämme, Bergbau, Tunnelbau, Erdöl-/Erdgasförderung etc. Magnituden bis 4,5 auslösendes Moment: Vergrößerung der Spannungsdifferenzen und Erhöhung des Porenwasserdrucks 18
Geologischer Schnitt Altheim-Dingelsdorf Geothermische Zielhorizonte 19
20 Oberjura (Malm)
21 Muschelkalk
Zukunftstechnologie: Enhanced Geothermal Systems Entwicklung eines unterirdischen Wärmetauschers Risserweiterung und neubildung durch Stimulation Stimulation kann hydraulisch und/oder chemisch erfolgen 22 Quelle: Genter, 2009
Kristallines Grundgebirge T ~100 C 23
Einspeisevergütung nach EEG Einspeisevergütung in Abhängigkeit von der Kraftwerksleistung: < 10 MW: 16 ct/kwh > 10 MW: 10,5 ct/kwh Frühstarter-Bonus: 4 ct/kwh bei Stromeinspeisung vor dem 01.01.2016 Wärmenutzungs-Bonus: Bedingung: nur für den Betriebszeitraum, in dem mindestens 20% der thermischen Energie bezogen auf die kalte Seite des Kraftwerks einer Wärmenutzung zugeführt werden 3 ct/kwh Technologie-Bonus EGS: Bedingung: Erhöhung der Produktivität einer gering permeablen und somit wirtschaftlich unattraktiven Gesteinseinheit durch Stimulation 4 ct/kwh 24
Kostenstudie Stuttgart (Wärmeversorgung) virtuelles EGS-Heizwerk ( Soultz-Typ ) Gestehungskosten je kwh liegen bei geeigneten Standorten im Bereich konventionellen Energieträgern 25 Quelle: umgezeichnet nach IER, 2010
Stromgestehungskosten in Deutschland low enthalpy resource, demonstration phase! 26 Ref.: according to IER, 2010 amended with data from WFG, 2011 Gestehungskosten spiegeln die geologischen Niederenthalpiebedingungen in Deutschland wider In Hochenthalpieregionen (Bsp.: Italien) liegen die Gestehungskosten allgemein unter 5 ct/kwh
Kostenverteilung: Investition 27 Ansatzpunkte zur Reduktion der Investitionskosten: Vergleich verschiedener Anlagentypen (Bruchsal, Landau, Soultz) Ausschöpfen von Synergieeffekten durch Up-Scaling
Bohrkosten (Vergleich) Quelle: Wood MacKenzie, 2009 geändert mit Daten vom WFG, 2011 28 Trend: Geothermiebohrungen sind mit Tight-Gas-Bohrungen vergleichbar durch ein Up-Scaling von 2 auf 4 Bohrungen können 23 % der Bohrkosten eingespart werden
Zubau in Deutschland (nur Bohrungen > 1.000 m Tiefe) Wärmeenergie: binnen 20 Jahren um Faktor 100 gestiegen Stromerzeugung: binnen 6 Jahren um Faktor 40 gestiegen 29 Quelle: Huenges, 2010
Status und Ausblick für Deutschland Öffentliche Aufmerksamkeit 100 l/s sind kein Problem. erste Stromerzeugung in Deutschland aus Geothermie in Neustadt-Glewe abgebrochene Projekte Geoth.-Kaftwerke im Bau Reduktion CO 2 -Emission Ölpreis- Krisen Beben in Basel Fertigstellung der Kraftwerke in Unterhaching, Landau, Soultz und Bruchsal Technologischer Auslöser ser Gipfel der überzogenen Erwartungen Tal der Enttäuschung Pfad der Erleuchtung Plateau der Produktivität Zeit 30
Geothermieprojekte der EnBW
Allensbach, Mai 2011 Lena Eggeling Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Thomas Kölbel Forschung & Innovation Energie braucht Impulse
Jährlicher Zubau im weltweiten Vergleich Quelle: umgezeichnet nach EER, 2009 33