Erdwärme – unterschätzter Faktor im Energie-Mix

Erdwärme ist nach menschlichen Maßstäben unerschöpflich; sie ist - anders als Wind- und Sonnenenergie - nicht vom Wetter abhängig und steht rund um die Uhr zur Verfügung. Noch allerdings spielt die Wärmeenergie aus dem Erdinneren mit 2,2 Prozent im Energiemix in Deutschland kaum eine Rolle, doch dürfte sie in den kommenden Jahren einen beschleunigten Ausbau erfahren. Mit der richtigen Technik könnte das Land sogar jahrtausendelang komplett mit Strom und Wärme aus der Tiefe versorgt werden, und zwar ganz ohne schädliche Abfallstoffe.

Je nach Tiefe der Bohrung werden bei Erdwärme zwei Arten unterschieden: oberflächennahe und tiefe Geothermie. Die flacheren Bohrungen bis in 400 Meter Tiefe werden vor allem von Hausbesitzern und Bauherren genutzt, um Gebäude und Anlagen zu heizen und zu kühlen. Die Wärme wird dabei gewonnen, indem Wasser oder eine andere Flüssigkeit in einem geschlossenen Rohrsystem zirkuliert. Eine Wärmepumpe an der Oberfläche nimmt die Energie auf und bringt sie auf das nötige Temperaturniveau.

Geothermische Dublette München Riem für die kommunale Fernwärmeversorgung der Stadtwerke München (Photo: GtV-Bundesverband Geothermie)

Derzeit sind in Deutschland bereits rund 265.000 oberflächennahe Geothermieanlagen in Betrieb. Und der Anlagenbestand der besonders effektiven und umweltfreundlichen Wärmepumpen entwickelt sich steil nach oben – mit entsprechenden Chancen sowohl für Bohrtechnikspezialisten als auch für Zulieferer wie Röhrenhersteller. 2006 wurden mehr als 28.000 erdgekoppelte Wärmepumpen in Deutschland installiert. „Bis zum Jahr 2017 wird die Anzahl der jährlich in Deutschland abgesetzten Sole-Wasser und Wasser-Wasser-Wärmepumpen auf ein Volumen von ca. 65.000 verkauften Anlagen pro Jahr steigen, und sich anschließend dort einpendeln”, prognostiziert Michael Platt, einer der Autoren einer Studie des Internationalen Geothermiezentrums GZB.

Armaflex hat mit FastLink ein vorisoliertes Montageset entwickelt, das speziell zur Verbindung von Wärmepumpkreisläufen dient. Das Edelstahlwellrohr kann ohne Spezialwerkzeuge in Sekundenschnelle montiert werden, wobei die Schnellkupplungen eine auslaufsichere Abdichtung der Rohre gewährleisten. Die Fittinge aus Messing garantieren Passgenauigkeit; und dank seiner Mikrozellstruktur sind die Armaflex-FastLink-Leitungen vor Durchfeuchtung geschützt. Der Mess-, Regel- und Überwachungsgerätehersteller Afriso wiederum hat sein Sortiment um eine komplette Produktfamilie an Durchflussmessern erweitert, die unter anderem in der Geothermie das Heiz- und Kühlwasser kontrollieren.

Weiteres Potential versprechen sich Fachleute von der Tiefengeothermie, die zukünftig einen nennenswert hohen Anteil des Gesamtenergiebedarfs übernehmen könnte. Das Bundesumweltministerium rechnet bis zum Jahr 2020 mit 500 bis 750 Megawatt installierter Leistung, der Bundesverband Geothermie sogar mit 1 GW. Besonders interessant ist tiefe Geothermie auch für die Stromerzeugung, da die Wärme keine Schwankungen aufweist und somit helfen könnte, die Grundlast in Deutschland zu decken.

Technisch wird bei der tiefen Geothermie entweder heißes Thermalwasser direkt aus Wasser führenden Schichten gefördert (hydrothermale Systeme) oder kaltes Wasser in heißes Tiefengestein gepresst, um es dann wieder zurückzufördern (petrothermale Systeme). Petrothermale Ressourcen werden derzeit erst sehr begrenzt genutzt, während die heißen Quellen im Oberrheingraben, dem Molassebecken und dem Norddeutschen Becken bereits in großer Zahl angezapft werden.

Durchführung einer Erdwärmesondenbohrung (Photo: TRACTO-TECHNIK)

Gerade in der Tiefengeothermie sind die Herausforderungen und Chancen für Rohrprodukte groß, da nur mit Hilfe eines komplexen Leitungssystems das Grundwasser an die Oberfläche befördert werden kann. Auch wird der Kreislauf bei der hydrodermalen Geothermie unter Überdruck betrieben, sodass im Thermalwasser gelöste Gase nicht entweichen können – eine hohe Belastung für Förderpumpen, Druckhalte- und Sicherheitsventile. Und schließlich sind an der Oberfläche große Leitungsnetze mit geringem Energieverlust vonnöten, um ganze Orte und Stadtteile an die Fernwärmeversorgung anzubinden. Dafür hat etwa der Nahwärmespezialist Thermaflex einen vorisolierten, kompakten Hausanschluss entwickelt, der bereits mit individuell passgenau abgehenden Leitungen für die einzelnen Anschlüsse geliefert wird. Der Anschluss kann damit viel schneller und einfacher verlegt werden – und die Straße der Anwohner so bis zu 75 Prozent schneller wieder geschlossen werden.

Bis 2050, so das ehrgeizige Ziel der Bundesregierung, soll Deutschland zu 100 Prozent mit Strom aus erneuerbaren Energiequellen versorgt werden. Vor allem das Bundesumweltministerium und Programme der Europäischen Union unterstützen deswegen diverse Wissenschaftler, Hochschulen, Forschungszentren, aber auch Unternehmen beim Forschen, Entwickeln und Verbessern. Derzeit läuft beispielsweise ein Pilotprojekt an der Rheinisch-Westfälischen Technischen Hochschule in Aachen. Das Projekt SuperC wird dank einer 2500 Meter tiefen Bohrung mit Erdwärmesonde etwa 80 Prozent des Wärme- und Kühlungsbedarfs eines Universitätsgebäudes decken.

Die gezielten Investitionen in die Technik sollen die Geothermie voranbringen. Doch reiche das nicht aus, hat das Fraunhofer-Institut für Windenergie- und Energiesystemtechnik ermittelt. Die fehlende Kapazität für Explorationsmaßnahmen und Bohrkapazitäten bremsten die Branche derzeit. Die Zahl der bundesweit 19 laufenden, 18 entstehenden und 66 geplanten Projekte in tiefen Schichten wird als vergleichsweise gering gesehen – die Möglichkeiten seien hier noch lange nicht ausgeschöpft. Investoren scheuen derzeit allerdings die Kosten, weil teure Erstbohrungen oft nichts finden. Der Bundesverband Geothermie fordert deswegen bessere Förderbedingungen für interessierte Unternehmen – im Gegensatz zu anderen erneuerbaren Energien werde die Geothermie noch stiefmütterlich behandelt.

Thema des Monats August 2012

Erdwärme – unterschätzter Faktor im Energie-Mix