Studienarbeit Solarenergie - Lehr- und Forschungsgebiet ...

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Solarenergie – Techniken und Möglichkeiten Abbildung 8: Stromerzeugung aus Windkraft [12] 3.3 Geothermie Vor rund 4,5 Milliarden Jahren wurden Gase, Staub, Gesteine und Eis durch Gravitationskräfte verdichtet und bildeten die Erde. Durch den Zusammenprall der Massen aufeinander wandelte sich die Gravitationskraft in Wärmeenergie. Teile dieser Wärme sind bis zur heutigen Zeit in der Erde gespeichert. Zudem entsteht zusätzliche Wärme durch den Zerfall der geogenen radioaktiven Isotope. Die geotherme Energie der Erde beläuft sich nach aktuellen Schätzungen auf rund 1.011 Terawattjahre [19]. Es bestehen verschiedene technische Möglichkeiten sich die geothermische Energie nutzbar zu machen. Dazu gehören petrophysikalische Systeme, hydrothermale Systeme und oberflächennahe geothermische Systeme. Petrophysikalische Systeme nutzen die im Stein gespeicherte Energie im Bereich von Intrusionen. Das am weitesten verbreitete petrophysikalische Verfahren ist die 15
Solarenergie – Techniken und Möglichkeiten Hot-Dry-Rock- (HDR-) Methode. Hot-Dry-Rock-Verfahren kommen in trockenem Gestein zum Einsatz. Es werden zwei oder mehrere Bohrungen abgeteuft und das dazwischen liegende Gestein wird „gefrackt“, dass heißt, es wird pneumatisch und/oder hydraulisch beansprucht, so dass ein System aus Rissen und Klüften entsteht. Dieses System bildet eine unterirdische Verbindung der Bohrlöcher und dient als Wärmetauscher. Um die geothermische Energie an die Erdoberfläche zu bringen, wird in eines der Bohrlöcher (Injektionsbohrung) Wasser gepumpt. Das Wasser fließt durch die Risse und Klüfte im Gestein, um zu dem anderen Bohrloch (Produktionsbohrung) zu gelangen. Das Wasser dient als Wärmetauschermedium. Das umgebende Gestein gibt einen Teil seiner Wärme an das Wasser ab, so dass das in der Produktionsbohrung aufsteigende Wasser eine höhere Temperatur hat. Diese Wärmeenergie kann beispielsweise als Antrieb eines Dampfturbinenprozesses dienen. Eine weitere Möglichkeit ist die direkte Nutzung der geothermen Wärme mittels Wärmepumpen, beispielsweise zur Beheizung von Schwimmbädern oder Gebäuden. Die direkte Wärmenutzung hat gegenüber der indirekten Nutzung zur Stromerzeugung den Vorteil, dass die notwendigen Mindesttemperaturen niedriger sind. Hydrothermale Verfahren nutzen die Wärmeenergie von Thermalwässern. Es wird unterschieden zwischen hydrothermalen Systemen mit hoher Enthalpie und mit niedriger Enthalpie. Zu den hydrothermalen Systemen mit hoher Enthalpie gehören Dampfsysteme und Hochdruckwassersysteme. Bei hydrothermalen Systemen mit niedriger Enthalpie werden Thermalwässer genutzt, die über ein niedrigeres Temperaturangebot verfügen. Es wird unterschieden zwischen Systemen mit über 100°C warmen Wasser, Systemen mit Wasser zwischen 40 und 100°C und Systemen mit Niedrigtemperaturwasser (20°C bis 40°C). Hydrothermale Erdwärme wird ebenfalls sowohl zur Strom-, als auch zur Wärmeerzeugung genutzt. Oberflächennahe geothermische Systeme dienen ausschließlich der Wärmegewinnung, da die maximal erreichten Temperaturen dieser Systeme bei 25°C liegen. Von oberflächennahen geothermischen Systemen wird bis in eine Tiefe von 400 m gesprochen. Bei dieser Technik werden Erdwärmekollektoren, 16
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