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Bastian Schmitt Neustadt- Glewe Geothermie SS 2007 1 Einf ü hrung in die Geophysik/Geothermie Christoph Lauterbach, David Dallinger 14.09.2007 Praktische.

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1 Bastian Schmitt Neustadt- Glewe Geothermie SS Einf ü hrung in die Geophysik/Geothermie Christoph Lauterbach, David Dallinger Praktische Anwendung Erdwärme-Kraftwerk Neustadt-Glewe

2 Bastian Schmitt Neustadt- Glewe Geothermie SS Gliederung 1.Hydrothermale Ressourcen und Potentiale in Deutschland 2.Voraussetzungen für die Nutzung 3.Geothermisches Heizwerk Neustadt-Glewe 4.Geothermisches Kraftwerk 5.Stromerzeugung mittels Organic Rankine Cycle 6.Wirtschaftlichkeit 7.Zusammenfassung

3 Bastian Schmitt Neustadt- Glewe Geothermie SS Hydrothermale Ressourcen und Potentiale Technisches Potenzial der Heißwasseraquifere für die Wärmenutzung Norddeutsches Becken328 EJ Oberrheingraben67 EJ Süddeutsches Molassebecken99 EJ Weitere Gebiete20 EJ Gesamt514 EJ Bei einer Nutzung innerhalb von 100 Jahren: => 5140 PJ/a Nachfragepotenzial: 1175 PJ/a für Haushalte, GHD und Industrie Quelle: Kaltschmitt (2006)

4 Bastian Schmitt Neustadt- Glewe Geothermie SS Voraussetzungen für die Nutzung Geologische Voraussetzungen: Existenz von Aquiferen (Grundwasserleiter) Ausreichende Porosität und Permeabilität der Porenspeicher => Permeabilität nimmt mit Tiefe ab, d.h. zwar höhere Temperaturen aber nur geringere Volumenströme möglich Ausreichende hohe Temperaturen Ausreichende Wärmeleitfähigkeit Nachfrage: Ausreichend Abnehmer der Wärme in unmittelbarer Nähe Möglichst konstante Wärmeabnahme während des gesamten Jahres Quelle: GFZ Postdam (1999), Kaltschmitt (2006)

5 Bastian Schmitt Neustadt- Glewe Geothermie SS Geothermisches Heizwerk - Fakten Bohrungen in den Jahren 1988/1989 Inbetriebnahme Geothermisches Heizwerk im Jahr 1994 Maximale Fördermenge: 110 m³/h Geothermische Wärmeleistung : 10,4 MW Gaskessel: 10 MW Mittlere Wärmeabgabe: MWh/a => davon bis zu 98 % geothermische Wärme Fernwärmekunden: Wohnungseinheiten 23 kleine Gewerbekunden Prozesswärme für 1 Lederwerk Quelle: GFZ Postdam (1999), Kaltschmitt (2006)

6 Bastian Schmitt Neustadt- Glewe Geothermie SS Geothermisches Heizwerk - Lage Förderbohrung & Kraftwerk Heizwerk Injektionsbohrung Quelle: Google Earth (2007)

7 Bastian Schmitt Neustadt- Glewe Geothermie SS Geothermisches Heizwerk - Funktionsprinzip Geschlossener Primärkreislauf FörderbohrungInjektionsbohrung Geothermisches Kraftwerk Geothermisches Heizwerk Fernwärmenetz Quelle: BiNE Informationsdienst (2003)

8 Bastian Schmitt Neustadt- Glewe Geothermie SS Geothermisches Heizwerk - Aufbau Ein- und Austritt Thermalwasser Ein- und Austritt Heiznetzwasser Plattenwärmetauscher Gaskessel Druckhaltung Heiznetz Wasser- aufbereitung Heiznetz Weitere Stellplätze für Kessel Hydraulische Weichen Heiznetzpumpen Quelle: GFZ Postdam (1999)

9 Bastian Schmitt Neustadt- Glewe Geothermie SS Vom Heizwerk zum Kraftwerk Gründe für die Ergänzung durch ein Erdwärmekraftwerk: geringer Wärmeabnahme während der Sommermonate Sommerbetrieb erfordert Mindestpumpmengen Investionskostenbeitrag durch Stromerzeugung Monatliche Schwankungen in der Thermalwasserförderung bei reinem Wärmebetrieb (Jahr 2000) Quelle: BiNE Informationsdienst (2003)

10 Bastian Schmitt Neustadt- Glewe Geothermie SS Prozessverschaltung Heiznetz Rücklauftemperatur 50 °C bis 65 °C In Anlehnung an Quelle: Silke Köhler,2005 m, T. Heizwerk Kraftwerk 230 kW Abwärme 70 °C Strom Thermalwasser Vorlauf ca. 97 °C Heiznetz gleitende Vorlauftemperatur 70 °C bis 90 °C Mischtemperatur

11 Bastian Schmitt Neustadt- Glewe Geothermie SS ORC- Arbeitsmedium Quelle Abb.: Silke Köhler,2005 Vergleichsweise großer Volumenstrom Nicht toxisch und nicht brennbar Perfluorpentan (trockenes oder retrogrades Arbeitsmedium) 22-fach höheres Molekulargewicht als Wasser Vollbeaufschlagte 1-stufige Turbine eingesetzt Verdampfungstemperatur bei 4 bar ca. 75° C

12 Bastian Schmitt Neustadt- Glewe Geothermie SS Organic-Rankine-Cycle 70 °C 21 °C 28 °C 30 °C 80 °C97 °C Quelle Abb.: Silke Köhler,2005

13 Bastian Schmitt Neustadt- Glewe Geothermie SS ORC- Prozess Quelle: Silke Köhler, – 6 Enthitzung 6 – 1 Kondensation Druckerhöhung 2 – 3 Vorwärmung 3 – 4 Verdampfung 4 – 5 Entspannung

14 Bastian Schmitt Neustadt- Glewe Geothermie SS Wirkungsgrad In Anlehnung an Quelle: Silke Köhler,2005 Carnot-Wirkungsgrad = 1 – Tu/To ~ 14,2 % Tu = 30 °C = 302 K To = 80 °C = 353 K Turbinen-Wirkungsgrad = 70 % Gesamtwirkungsgrad etwa 6,5 % Eigenverbrauch: Pumpe Thermalwasser kW Pumpe Kühlwasser - 15 kW Erzeugung: 230 kW Rest: 75 kW

15 Bastian Schmitt Neustadt- Glewe Geothermie SS Wirtschaftlichkeit Kapitalwertmethode: Investitionskosten: davon Förderung Vergütung durch EEG: 15 ct/kWh Abzinsungsfaktor: 8% Verhältnis Bohrungskosten zu allen weiteren Kosten: 70 : 30 In Anlehnung an Quelle: Kaltschmitt, 2006

16 Bastian Schmitt Neustadt- Glewe Geothermie SS Investitionskostenanteile Annahmen: nach Kaltschmitt, 2006 Bohrung: 1000 /mGebäude, Grundstücke Slopsysteme, Filter: 25 /kWthORC-Anlage Planung, Gebühren, Gutachten: Abgeschätzte Investitionskosten 6,655 Mio. Euro

17 Bastian Schmitt Neustadt- Glewe Geothermie SS Zusammenfassung Die Realisierung geothermischer Anlagen ist stark von den Standortrahmenbedingungen abhängig. Das Erdwärme-Kraftwerk Neustadt-Glewe hat im Vergleich zu anderen Das Erdwärme-Kraftwerk Neustadt-Glewe hat im Vergleich zu anderen Standorten im Norddeutschen Becken gute Bedingungen. Standorten im Norddeutschen Becken gute Bedingungen. Organic-Rankine-Cycle ermöglicht die Option bei niedrigem Organic-Rankine-Cycle ermöglicht die Option bei niedrigem Temperaturniveau (100 – 200 °C) Strom zu erzeugen. Temperaturniveau (100 – 200 °C) Strom zu erzeugen. Die Wirtschaftlichkeit wird stark durch Wärmenutzung und Temperaturniveau beeinflusst. Die Wirtschaftlichkeit wird stark durch Wärmenutzung und Temperaturniveau beeinflusst. Es besteht ein hohes Investitionsrisiko durch die Bohrung. Es besteht ein hohes Investitionsrisiko durch die Bohrung. Zukünftig eventuell Spitzenlaststrom oder Regelenergiebereitstellung denkbar Zukünftig eventuell Spitzenlaststrom oder Regelenergiebereitstellung denkbar

18 Bastian Schmitt Neustadt- Glewe Geothermie SS Diskussion Danke für Ihre Aufmerksamkeit Quellen: Schallenberg, K., Erbas, K., Huenges, E. und Menzel, H., 1999: 'Geothermisches Heizwerk Neustadt-Glewe: Zustands- und Stoffparameter, Prozeßmodellierungen, Betriebserfahrungen und Emissionsbilanzen, GFZ Potsdam STR99/04: Potsdam, 206 p. Silke Köhler, Dissertation, Geothermisch angetriebene Dampfkraftprozesse Analyse und Prozessvergleich binärer Kraftwerke, Universität Berlin, 2005 GGA-Institut Hannover (2007) Dr. Reinhard Jung, Stand und Aussischten der Tiefengeothermie in Deutschland BINE Informationsdienst (2003), Geothermische Stormerzeugung in Neustadt-Glewe Geothermischen Vereinigung e.V. - Bundesverband Geothermie (2007) Internetseite am GFZ Potsdam (1999) Evaluierung geowissenschaftlicher und wirtschaftlicher Bedingungen für die Nutzung hydrogeothermaler Ressourcen Kaltschmitt, Streicher, Wiese (2006) Erneuerbare Energien

19 Bastian Schmitt Neustadt- Glewe Geothermie SS Literatur Quellen: Schallenberg, K., Erbas, K., Huenges, E. und Menzel, H., 1999: 'Geothermisches Heizwerk Neustadt-Glewe: Zustands- und Stoffparameter, Prozeßmodellierungen, Betriebserfahrungen und Emissionsbilanzen, GFZ Potsdam STR99/04: Potsdam, 206 p. Silke Köhler, Dissertation, Geothermisch angetriebene Dampfkraftprozesse Analyse und Prozessvergleich binärer Kraftwerke, Universität Berlin, 2005 GGA-Institut Hannover (2007) Dr. Reinhard Jung, Stand und Aussischten der Tiefengeothermie in Deutschland BINE Informationsdienst (2003), Geothermische Stormerzeugung in Neustadt-Glewe Geothermischen Vereinigung e.V. - Bundesverband Geothermie (2007) Internetseite am GFZ Potsdam (1999) Evaluierung geowissenschaftlicher und wirtschaftlicher Bedingungen für die Nutzung hydrogeothermaler Ressourcen Kaltschmitt, Streicher, Wiese (2006) Erneuerbare Energien

20 Bastian Schmitt Neustadt- Glewe Geothermie SS Ausblick Quelle: Stand November 2003 nach Kaltschmitt et al. ( 2003)

21 Bastian Schmitt Neustadt- Glewe Geothermie SS Bohrungskosten

22 Bastian Schmitt Neustadt- Glewe Geothermie SS Wirkungsgrad


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