Tiefgreifend aktiv

Geothermie

<strong>Pilot-Projekte</strong> - Auch wenn die Bundesregierung einen starken Ausbau anstrebt – im Moment ist der Bereich der noch jungen deutschen Geothermie ein umtriebiges Forschungs- und Innovationsfeld.

18. August 2009

»Die erneuerbaren Energien sind ein Bereich, in dem sich die deutsche Kernkompetenz zeigt: Die Fähigkeit zur Innovation«, sagte Bundesumweltminister Sigmar Gabriel auf der Einweihungsfeier der Geothermieanlage Unterhaching. Ziel der Regierung ist es, bis 2020 die Leistung aus geothermischer Energie auf 280MWel zu vervierzigfachen. Diese Leistung erscheint im Vergleich zu anderen Erneuerbaren nicht hoch: Laut Bundesumweltministerium (BMU) lag 2008 die installierte Leistung der Wasserkraft bei rund 5.000MW, der Windkraft bei 24.000.

Die Anwendung der Geothermie in Deutschland ist noch relativ jung. Erste nennbare installierte Leistungen von 0,2MWel gab es 2004 – und erst 2007 stieg sie auf 3,2MWel. Der BMU-Forschungsbeirat Geothermie hat im Herbst 2008 die zunehmende Dynamik bei Vorhaben der Tiefengeothermie hervorgehoben. Die Wissenschaftler sehen weiter hohen Bedarf an Demonstrationsprojekten, an Forschung und Entwicklung.

Wärme für Norddeutschland

Deutschlands wichtigste Regionen im Hinblick auf hydrogeothermische Nutzungen sind das Norddeutsche Becken, der Oberrheingraben und das Süddeutsche Molassebecken. So will die Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe (BGR) durch ihr Projekt ›GeneSys‹ zeigen, dass Geothermie zur Wärmenutzung mit entsprechenden Konzepten in Norddeutschland überall möglich ist. Ende Juni war Bohrstart, ab 2012 soll die Erdwärme dann das komplette Geozentrum des BGR in Hannover beheizen. Die Anlage ist auf 2MWth ausgelegt.

Je nachdem, welche Bedingungen im Untergrund auftreten, wollen die Wissenschaftler für die spätere Nutzung ein anderes Fündigkeits-Konzept anwenden. Sieben haben sie bei einer Forschungs-bohrung nahe Hannover erprobt. Eine Besonderheit: Sie beruhen auf dem ›Einbohrloch-Konzept‹. Anders als bei anderen Projekten üblich erfolgen Förderung und Reinjektion im gleichen Bohrloch.

Die Bohrung kostet etwa 9Mio.€, durch das Einbohrloch-Konzept werden im Vergleich zur Dublettenbohrung also 50% der Kosten eingespart. In Abhängigkeit vom geologischen Ergebnis der Bohrung wird das abgekühlte Wasser in einem isolierten Strang wieder in das Bohrloch zurückgeführt. »Bis zu welcher Tiefe diese Leitung führen muss, wird erst nach Abschluss der Bohrung zu entscheiden sein«,sagt ProjektleiterMichael Kosinowski. Der Versenkhorizont könne in 1.300m Tiefe liegen oder ganz unten im Bohrloch bei etwa 4.000m.

»Im idealen Fündigkeitsfall hat der Buntsandstein eine hohe Wasserführung bei 135Grad Celsius«, führt Kosinowski aus. Die Reinjektion geschieht dann über den äußeren Ringraum der Verrohrung in einen höher gelegenen Horizont.

Für den Fall, dass die Produktivität des Buntsandsteins primär nicht so groß ist wie erhofft, soll die Frac-Technologie angewendet werden: Durch die Injek-tion einer großen Wassermenge werden künstlich Risse in der Tiefe geschaffen, auf denen das Wasser dem Bohrloch zuströmen kann. Das ganze funktioniert nach dem Hot-Dry-Rock-Prinzip, wo Gesteinsschichten als Wärmetauscher fungieren und das Wasser erwärmen.

Erste Kalina-Anlage im Süden

Am vielversprechendsten für hydrothermale Nutzung gilt aber die Bayrische Molasse. Aktuell bestehen in Bayern fast 100 Erlaubnisfelder. Bundesweit sind es über 180. »Im süddeutschen Molassebecken wird auf etwa zwei Drittel der Felder auch eine Stromproduktion möglich sein, auf einigen Feldern werden sogar vier Bohrungen geplant«, sagt Benjamin Richter von der Unternehmensberatung Rödl&Partner, »In den nächsten zehn bis 15Jahren schätzen wir das potenzielle Investitionsvolumen in die Tiefe Geothermie auf über sechs Milliarden Euro.« Richter war der Projektleiter der seit Juni offiziell eingeweihten Geothermieanlage Unterhaching.

»Als wir die Aufgabe übertragen bekommen haben, das Geothermieprojekt wirtschaftlich zu führen, setzten wir uns ein sehr hohes Ziel. Trotz der langen Nutzungsdauern für die Bohrungen und das Fernwärmenetz solltesich die Investition in 13 bis 15 Jahren amortisiert haben«, führt Richter aus. Zum jetzigen Zeitpunkt rechnet man damit, dass dieses Ziel gut erreicht werden kann. Bereits in diesem Jahr könne mit der Tilgung der ersten Kredite begonnen werden.

Das Besondere in Unterhaching: Hier wirderstmals in Deutschland das Kalina-Verfahren angewendet. Dafür gab es auch Fördermittel als Demonstrationsvorhaben. »Bei unserer Risikoanalyse zur Vorbereitung der Entscheidung hat das Thema Ammoniak nicht gegen die Kalina-Technologie gesprochen. Der Stoff wird heute bereits in vielen Einsatzbereichen wie zum Beispiel bei Eisstadien oder Brauereien großtechnisch angewendet«, erklärt Richter. Erfreulich sei allerdings der Wirkungsgrad-Vorteil gegenüber ORC in dem für die Anlage interessanten Bereich von unter 140°C. »Ein derartiger Vorteil macht sich wirtschaftlich sehr schnell bezahlt.«

Mit Siemens habe man einen leistungsfähigen Technologiepartner gefunden, sagt Richter weiter. »In Unterhaching steht die weltweit innovativste Anlage zur Gewinnung von Strom und Wärme aus Tiefengeothermie«, sagt Jens Wegmann, CEO Industry Solutions von Siemens. »Das war Pionierarbeit.« Das Unternehmen habe die bestehende Kalina-Technologie weiterentwickelt und an die Unterhachinger Bedingungen angepasst. Ebenfalls eine Innovation: die von Roedl&Partner mit der Münchner Rück entwickelte Fündigkeitsversicherung.

Die Geothermieanlage kann 21.500MWh Strom pro Jahr erzeugen bei einer Schüttung von 150l/s und einer Temperatur von rund 123°C. Die Leistung beträgt 3,36MWel und 31MWth. Im Endausbau sind 70MWth geplant. Das Fernwärmenetz hat eine Trassenlänge von 28km. Nachdem eine stärkere Förderpumpe installiert ist, soll sie in den nächsten Wochen 135l/s fördern. Danach ist geplant, die Leistung des Prototyps zu erhöhen.

Pumpe an der Grenze

Denn das Projekt ist auf eine Wassermenge von 150l/s ausgelegt. Bei dieser Leistung können durchschnittlich 25l/s für die Wärme- und 125l/s für die Stromgewinnung genutzt werden. »Wir steuern die Anlage wärmegeführt, das heißt bei einer großen Wärmeabnahme in Unterhaching wird der Stromerzeugung weniger Thermalwasser zur Verfügung gestellt«, erklärt Richter. »Leider sind wir mit einer Wassermenge von 150l/s auch an der aktuellen technischen Grenze für Tiefpumpen angelangt.« Zurzeit liefen allerdings große Förderprojekte des BMU zur Unterstützung der Entwicklung von noch leistungsfähigeren Pumpen. Diese würden erst in zwei bis drei Jahren verfügbar sein. Danach plane Unterhaching mit diesen größeren Pumpen für Spitzenzeiten. »Ab dann kann ganzjährig parallel Strom und Wärme in größeren Mengen gewonnen werden.« (mwi) <

Interview

Michael Kosinowski, Leiter von GeneSys bei der Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe, über Ziele des15-Mio.-€-Projekts.

es: Der Startschuss ist gefallen. Worum geht es Ihnen bei dem Projekt?

Wir wollen zeigen, dass auch bei einem normalen geothermischen Tiefengradienten von 30 Grad pro Kilometer die Nutzung für Heizwecke an jeder Stelle in Norddeutschland möglich ist. Auch dann, wenn der Zielhorizont im Mittleren Buntsandstein nur eine geringe Wasserführung aufweist.

es: Und wie soll das gehen?

Unabhängig von der primären Wasserführung dieser Schichten haben wir Konzepte, wie der Wärmeinhalt dieser Formation nach Übertage gebracht werden kann.

es: Wenn nicht genug Wasser da ist, planen Sie die Frac-Technologie anzuwenden. Ist das nicht gefährlich?

Wir haben in unserem Testfeld in Horstberg über mehrere Tage rund 20.000 Kubikmeter Wasser in das Bohrloch eingepresst und in 4.000 Meter Tiefe einen 10.000 Quadratmeter großen Riss erzeugt. Eine ähnliche Operation könnten wir ohne Beeinträchtigung der Gebäude an der Erdoberfläche auch hier in Hannover durchführen.

es: In der Schweiz gab es Erdbeben.

Aufgrund der geologischen Situation in der Norddeutschen Tiefebene besteht das Risiko eines durch unser Projekt induzierten Erdbebens nicht.

es: Was sind denn langfristig Ihre Ziele?

Wir wollen dazu beitragen, den Anteil an fossilen Energieträgern zu verringern, der für die Gewinnung von Wärme verbrannt wird. Aufgrund des schlechten Wirkungsgrades für die Stromerzeugung liegt nach unserer Meinung hier der Hauptnutzen der Geothermie.

es: Allerdings ist die flache Geothermie für die Heizung kleinerer Wohneinheiten unter Nutzung von Wärmepumpen schon weiter verbreitet. Warum dann GeneSys?

Unser Projekt zielt auf die tiefe Erdwärme für die Heizung mittelgroßer Bürogebäude oder zukünftiger Neubaugebiete mit bis zu 300 Wohneinheiten.

es: Sie wollen also die technische Machbarkeit für Norddeutschland zeigen. Was wäre der nächste Schritt?

Im nächsten Schritt muss man versuchen, derartige Projekte in die Wirtschaftlichkeit zu bringen. Wir stehen dort, wo die Windenergienutzung vor 15 oder 20 Jahren war, also am Beginn einer Lernkurve. Wenn unser Projekt uns auf dieser Lernkurve ein Stück nach vorne bringt, haben wir ein wesentliches Ziel erreicht. (mwi)

Erschienen in Ausgabe: 7-8/2009