Nutzungspotenziale geothermischer Energie Vortrag anlässlich der Eröffnung des Zentrums für Geothermie und Zukunftsenergien an der Fachhochschule Bochum,

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1 Nutzungspotenziale geothermischer Energie Vortrag 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)

2 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 CO 2 - Ausstoß in Deutschland Ausblick und Zusammenfassung Inhalt

3 Temperaturprofil der Erde

4 Temperatur im Untergrund Deutschlands

5 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 CO 2 - Ausstoß in Deutschland Ausblick und Zusammenfassung Inhalt

6 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: 1.nahe der Oberfläche 2.bis in große Tiefe 2. Wärmeabbau durch stoffliche Förderung von Wasser oder Dampf 1. Heißdampflagerstätten (T>120 °C) 2. Warme Tiefenwässer (T<120 °C)

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

8 Vorteile der Erdwärmenutzung Alle Anlagen 1.sehr geringer CO 2 -Ausstoß 2.Nahezu unerschöpflicher Vorrat 3.heimische Ressource Kosten weitgehend unabhängig von Schwankung der Rohstoffpreise und Währungen Dezentrale Anlagen 1.Bereits heute fast kostenneutral 2.Technisch erprobt und zuverlässig Stimulierte Systeme Stromerzeugung durch Schaffung künstlicher Dampflagerstätten ermöglicht Stromerzeugung in Ländern ohne natürliche Dampflagerstätten

9 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 CO 2 - Ausstoß in Deutschland Ausblick und Zusammenfassung Inhalt

10 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: Kilok10 3 Tausend MegaM10 6 Million GigaG10 9 Milliarde TeraT10 12 Billion PetaP10 15 Billiarde ExaE10 18 Trillion Einheiten für Energie und Leistung

11 weltweite geothermische Stromerzeugung nach: Huttrer, 2000

12 Installierte Erdwärme und Nutzungsgrad

13 Endenergieverbrauch

14 Primärenergieverbrauch

15 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 CO 2 - Ausstoß in Deutschland Ausblick und Zusammenfassung Inhalt

16 ErdregisterErdwärmesonde Techniken zum konduktiven Wärmeabbau

17 Energiepfahl (Quelle: Bilfinger & Berger, 2002) Erdwärmesonde (Quelle: Stadtwerke Prenzlau, 2002) Techniken zum konduktiven Wärmeabbau

18 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...! Bedeutung der Gesteinseigenschaften

19 ...ermöglicht viele, genaue Messungen in kurzer Zeit...! Berührungslose Wärmeleitfähigkeitsmessung an großen Gesteinsvolumina Moderne Messtechnik

20 Stimulation zur Schaffung eines Hot-Dry-Rock Systems bzw. Verbesserung der hydraulischen Eigenschaften Soultz-sous- Forêts BGR, 2001

21 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

22 Bohrlochstimulation....Film des zeitlichen Verlaufs zwischen 3767-3264 m Tiefe

23 Erdwärmenutzung in Deutschland Installierte Leistung: 397 MW t, hiervon: (1) 55 MW t in 27 zentralen Anlagen (2) 342 MW t 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 CO 2 bedeuten, 10 % des deutschen Ausstoßes von 1998

24 Existierende Anlagen zur Erdwärmenutzung Schellschmidt et al., 2000

25 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 CO 2 - Ausstoß in Deutschland Ausblick und Zusammenfassung Inhalt

26 Potentiale zur Nutzung regenerativer Energien und Kosten einer CO 2 -Reduktion nach: BMWi-Dokumentation 361, 1994

27 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!