Tiefengeothermie

Die tiefe Geothermie umfasst Systeme, bei denen die geothermische Energie über Tiefbohrungen erschlossen wird und deren Energie direkt (d. h. ohne Wärmepumpen) genutzt werden kann. Hierbei stehen verschiedene technische Verfahren zur Verfügung. Es handelt sich zum einen um geschlossene Systeme, welche dem Gestein die Wärme direkt entziehen. Zum anderen handelt es sich um offene Systeme, welche das im Untergrund vorhandene warme Grundwasser nutzen bzw. dem Gestein die Wärme durch in den Untergrund verpresstes Wasser entziehen.

Der Einsatz tiefengeothermischer Technologien und die Gewinnung von Erdwärme setzt eine enge Zusammenarbeit zwischen Ingenieuren, Verfahrenstechnikern und Geowissenschaftlern voraus. Bereits während der Planungsphase ist ein permanenter Datenaustausch für den Erfolg einer Realisierung unabdingbar. Die Planung geothermischer Anlagen erfordert immer spezifische Einzelfallanalysen. Die regionale Gebietsbewertung und die Aufbereitung relevanter Geodaten dienen der Risikoabschätzung.

Tiefe Erdwärmesonden

Tiefe Erdwärmesonden werden zur Wärmegewinnung eingesetzt. Überlegungen zum Einsatz von Erdwärmesonden zur Gewinnung von Strom führten bisher zu keinen konkreten Ergebnissen. Vielmehr finden sie ihren Platz in Projekten, in denen auf ein mittleres Temperaturniveau (bis ca. 60 °C Vorlauf) Wert gelegt wird. Abgesehen von bergrechtlichen und bohrtechnischen Aspekten unterliegen tiefe Erdwärmesonden kaum Grenzen der Einsetzbarkeit. Ihr großer Vorteil besteht darin, dass es sich um ein geschlossenes System handelt, dessen Effizienz zum größten Teil von den Parametern Temperatur, Wärmeleitfähigkeit und -kapazität des Untergrundes bestimmt wird.

Anders als bei offenen Systemen ist bei geschlossenen Tiefensonden das Fündigkeitsrisiko um ein Vielfaches geringer. Jedoch bleibt den Planern und Investoren die Frage der kalkulierbaren Wirtschaftlichkeit bzw. des Rückflusses getätigter Investitionen.

HDR-Technologie

Die Hot-Dry-Rock-Technologie (HDR) wird in Projekten eingesetzt, die ein hohes Temperaturniveau voraussetzen. Entweder wird die Wärme dabei direkt genutzt oder zur Stromerzeugung mittels Turbinen eingesetzt. Daher sind für diese Technik die Prospektion ausschließlich tiefer liegender Festgesteinsformationen ab ca. 3 000 m und Temperaturen ab 100 °C mit einer möglichst hohen natürlichen hydraulischen Ergiebigkeit interessant. Die notwendige hohe Energieausbeute kann nur durch den Einsatz eines offenen Systems mit einer hohen hydraulischen Durchflussrate gedeckt werden.

Zu den potenziellen Nutzhorizonten werden Poren-, Kluft- und Karst-Wasserleiter gezählt. Diagenetische Prozesse können jedoch, wie z. B. die Zementation von Porenräumen, insbesondere bei Gesteinen in größeren Tiefen zu stark verminderten Permeabilitäten führen. Daher ist für eine Nutzung notwendig, die geringe Ergiebigkeit durch künstlich geschaffene Wasserwegsamkeiten zu erhöhen. Dies geschieht durch den Einsatz verschiedener Stimulationstechniken innerhalb der potenziellen Nutzhorizonte.

Erdwärmenutzung in Bergbauregionen

Beim untertägigen Steinkohlebergbau wird Grubenwasser gehoben, um das Grubengebäude trocken zu halten. Dieses Grubenwasser ist eine Mischung aus Grundwasser und dem aus größerer Tiefe aufdringenden Tiefenwasser und eignet sich prinzipiell für eine Wärmenutzung. Die Temperaturen der geförderten Mischwässer liegen zwischen 20 und 50 °C. Jedoch sind Prognosen über die Entwicklung der Grubenwasserqualität und -quantität für die Zeit nach dem Steinkohlegewinnung schwierig. Mögliche Förderorte sind Ibbenbüren, das Aachen-Erkelenzer-Revier und das Ruhrgebiet.