Nutzungspotenziale geothermischer Energie Vortrag anl

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Nutzungspotenziale geothermischer EnergieVortrag
anlässlich der Eröffnung des Zentrums für
Geothermie und Zukunftsenergien an der
Fachhochschule Bochum, 12. 3. 2004

• Christoph Clauser Angewandte Geophysik, RWTH
  Aachen
• (http//www.geophysik.rwth-aachen.de)

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Inhalt

• Temperaturverteilung im Untergrund Deutschlands
• Nutzungsmöglichkeiten von Erdwärme
• und weltweite geothermische Strom- und
  Wärmeerzeugung im Jahr 2000
• Erdwärmenutzung in Deutschland Konzepte und
  gegenwärtiger Stand
• technisches Potential für die Nutzung von
  Erdwärme in Deutschland und Auswirkung der
  Erdwärmenutzung auf den CO2-Ausstoß in
  Deutschland
• Ausblick und Zusammenfassung

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Temperaturprofil der Erde
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Temperatur im Untergrund Deutschlands
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Inhalt

• Temperaturverteilung im Untergrund Deutschlands
• Nutzungsmöglichkeiten von Erdwärme
• und weltweite geothermische Strom- und
  Wärmeerzeugung im Jahr 2000
• Erdwärmenutzung in Deutschland Konzepte und
  gegenwärtiger Stand
• technisches Potential für die Nutzung von
  Erdwärme in Deutschland und Auswirkung der
  Erdwärmenutzung auf den CO2-Ausstoß in
  Deutschland
• Ausblick und Zusammenfassung

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Erdwärme und ihre Nutzungsmöglichkeiten

• Geothermische Energie
• In Form von Wärme gespeicherte Energie
  unterhalb der Oberfläche der festen Erde (VDI
  Richtlinie 4640, Blatt 1, 2000)
• Systeme (1) natürliche (2) stimulierte
  (Frac- bzw. HDR-Technologie)
• Gewinnungsarten
• 1. Wärmeabbau über Wärmeleitung (ohne stoffliche
  Förderung)
• mit Wärmetauschersystemen
• nahe der Oberfläche
• bis in große Tiefe
• 2. Wärmeabbau durch stoffliche Förderung von
  Wasser oder Dampf
• Heißdampflagerstätten (Tgt120 C)
• Warme Tiefenwässer (Tlt120 C)

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Erdwärme als Bodenschatz

• Erdwärme Bodenschatz nach Bundesbergrecht
• ? Konzessionen, Genehmigungen
• mögliche Nutzungs- bzw. Interessenkonflikte
• 1. Wärmeabbau durch stoffliche Förderung
• Gewinnung anderer Bodenschätze (v. a.
  Kohlenwasserstoffe)
• Grundwassergewinnung
• Grundwasserschutz (Salzwasseraufstieg, hydraul.
  Kurzschlüsse)
• Luftreinhaltung
• 2. Wärmeabbau über Wärmeleitung
• Grundwasserschutz (Austritt von
  Wärmetauscherflüssigkeit)
• 3. stimulierte Systeme
• wie unter Punkt 1
• Erdbebensicherheit

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Vorteile der Erdwärmenutzung

• Alle Anlagen
• sehr geringer CO2-Ausstoß
• Nahezu unerschöpflicher Vorrat
• heimische Ressource ? Kosten weitgehend
  unabhängig von Schwankung der Rohstoffpreise und
  Währungen
• Dezentrale Anlagen
• Bereits heute fast kostenneutral
• Technisch erprobt und zuverlässig
• Stimulierte Systeme
• Stromerzeugung durch Schaffung künstlicher
  Dampflagerstätten ermöglicht Stromerzeugung in
  Ländern ohne natürliche Dampflagerstätten

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Inhalt

• Temperaturverteilung im Untergrund Deutschlands
• Nutzungsmöglichkeiten von Erdwärme
• und weltweite geothermische Strom- und
  Wärmeerzeugung im Jahr 2000
• Erdwärmenutzung in Deutschland Konzepte und
  gegenwärtiger Stand
• technisches Potential für die Nutzung von
  Erdwärme in Deutschland und Auswirkung der
  Erdwärmenutzung auf den CO2-Ausstoß in
  Deutschland
• Ausblick und Zusammenfassung

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Einheiten für Energie und Leistung

• Joule (J) Energie, Wärmemenge
• Watt (W) Leistung, Wärmestrom
• 1 kW h 3,6 MJ
• 278 kW h 1,0 GJ
• 1000 GWh 3,6 TJ
• Abkürzungen und Präfixe
• Kilo k 103 Tausend
• Mega M 106 Million
• Giga G 109 Milliarde
• Tera T 1012 Billion
• Peta P 1015 Billiarde
• Exa E 1018 Trillion

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weltweite geothermische Stromerzeugung
nach Huttrer, 2000
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Installierte Erdwärme und Nutzungsgrad
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Endenergieverbrauch

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Primärenergieverbrauch

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Inhalt

• Temperaturverteilung im Untergrund Deutschlands
• Nutzungsmöglichkeiten von Erdwärme
• und weltweite geothermische Strom- und
  Wärmeerzeugung im Jahr 2000
• Erdwärmenutzung in Deutschland Konzepte und
  gegenwärtiger Stand
• technisches Potential für die Nutzung von
  Erdwärme in Deutschland und Auswirkung der
  Erdwärmenutzung auf den CO2-Ausstoß in
  Deutschland
• Ausblick und Zusammenfassung

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Techniken zum konduktiven Wärmeabbau
Erdregister Erdwärmesonde
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Techniken zum konduktiven Wärmeabbau
Energiepfahl (Quelle Bilfinger Berger,
2002) Erdwärmesonde (Quelle Stadtwerke Prenzlau,
2002)
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Bedeutung der Gesteinseigenschaften

• z. B. Wärmeleitfähigkeit Werte von ca. 1 6 W
  m-1 K-1
• korreliert aber sehr ungenau mit Gesteinsart!
• kostenoptimierte Auslegung von Erdwärmesonden
  erfordert daher Erstellung einer statistisch
  fundierten Datenbank, in der sich die
  Variabilität innerhalb jeder Gesteinsart in einer
  entsprechenden Standardabweichung um den
  Mittelwert ausdrückt.
• das Fehlen einer solchen Datenbasis behindert
  moderne Auslegungs-rechnungen für
  Erdwärmesonden,wie sie längst Standard bei
  anderen Ingenieurleistungen sind. Dies ist ein
  massives Investitionshemmnis, insbesondere für
  tiefe Erdwärmesonden. Aber niemand scheint
  willens diese Messungen zu finanzieren...!

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Moderne Messtechnik
Berührungslose Wärmeleitfähigkeitsmessung
an großen Gesteinsvolumina
...ermöglicht viele, genaue Messungen in kurzer
Zeit...!
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Stimulation zur Schaffung eines Hot-Dry-Rock
Systems bzw. Verbesserung der hydraulischen
Eigenschaften
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Chemische Bohrlochstimulation ....durch
Verpressen kalter Sole
Simulation einer Bohrlochstimulation eines
Bereichs von 5 m um die Bohrung (rote Linie,
links), dessen Porenraum mit Anhydrit ausgefüllt
ist.
Porosität nach 1 Tag Porosität nach 13 Tagen
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Bohrlochstimulation ....Film des zeitlichen
Verlaufs zwischen 3767-3264 m Tiefe
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Erdwärmenutzung in Deutschland

• Installierte Leistung 397 MWt , hiervon
• (1) 55 MWt in 27 zentralen Anlagen
• (2) 342 MWt in mehr als 18000 dezentralen,
  kleinen Anlagen
• existierendes technisches Potenzial von 2125 PJ
  a-1, entspricht 22 des jährlichen deutschen
  Endenergiever-brauchs bzw. 37 des Wärmebedarfs
• Völlige Umsetzung dieses Potenzials würde
  Einsparung von ca. 100 Mt CO2 bedeuten, 10 des
  deutschen Ausstoßes von 1998

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Existierende Anlagen zur Erdwärmenutzung
Schellschmidt et al., 2000
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Inhalt

• Temperaturverteilung im Untergrund Deutschlands
• Nutzungsmöglichkeiten von Erdwärme
• und weltweite geothermische Strom- und
  Wärmeerzeugung im Jahr 2000
• Erdwärmenutzung in Deutschland Konzepte und
  gegenwärtiger Stand
• technisches Potential für die Nutzung von
  Erdwärme in Deutschland und Auswirkung der
  Erdwärmenutzung auf den CO2-Ausstoß in
  Deutschland
• Ausblick und Zusammenfassung

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Potentiale zur Nutzung regenerativer Energien und
Kosten einer CO2-Reduktion
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Zusammenfassung und Ausblick

• 60 des deutschen Endenergiebedarfs ist in Form
  von Wärme
• Erdwärme kann einen Großteil dieses Bedarfs
  decken und kann
• mit Erdwärmesonden praktisch überall gewonnen
  werden
• Jedoch stammen weniger als 1 der deutschen
  Primärenergie
• aus Erdwärme.....
• wirtschaftliche Stromerzeugung erfordert
  Schaffung künstlicher Dampflagerstätten die
  Technologie hierzu wird bereits erprobt
• Stärkere Erdwärmenutzung erfordert u. a. eine
  verbesserte, kostenoptimierte Auslegung von
  Anlagen sowie die verstärkte Wechselwirkung
  zwischen Geophysik, Bauphysik Gebäudetechnik und
  Bauplanung.
• Das Geothermiezentrum der FH Bochum kann hierfür
  eine wertvolle Schnittstellen sein. Hierzu viel
  Erfolg und Glück auf!