Geothermische Kraftwerke

Geothermiekraft bezieht sich auf die Nutzung der natürlichen Wärmeenergie aus dem Inneren der Erde zur Erzeugung von Strom. Geothermische Kraftwerke sind Anlagen, die diese Wärmeenergie in elektrische Energie umwandeln.

Was genau ist Geothermiekraft?

Geothermiekraft ist eine nachhaltige Energiequelle, da die Wärmeenergie der Erde praktisch unerschöpflich ist und keine schädlichen Emissionen verursacht. Vereinfacht beschrieben wird bei der Geothermie aus Erdwärme Strom gewonnen.

Durch geothermische Kraftwerke wird die Wärmeenergie aus geothermischen Ressourcen wie heißen Quellen, geothermischen Reservoiren oder vulkanischen Gebieten gewonnen. Diese Ressourcen enthalten Dampf oder heißes Wasser, das an die Oberfläche gepumpt und durch Wärmetauscher geleitet wird. Dort wird die Wärmeenergie auf ein Arbeitsmedium übertragen, das eine Turbine antreibt und so elektrische Energie erzeugt. Es gibt zwei verschiedene Arten von Geothermiekraft:

Unterschiede: tiefe vs. oberflächennahe Geothermie

Der Hauptunterschied zwischen sogenannter tiefer und oberflächennaher Geothermie liegt (wie der Name schon vermuten lässt) in der Tiefe, in der die geothermische Energiequelle genutzt wird, sowie in der Art der Anwendung.

Tiefe Geothermie bezieht sich auf die Nutzung von geothermischer Energie ab einer Tiefe von mehreren hundert Metern bis zu mehreren Kilometern. Bei der tiefen Geothermie werden Tiefenbohrungen durchgeführt, um an die heißen Gesteinsschichten oder geothermischen Reservoire zu gelangen. Tiefe Geothermie wird hauptsächlich für die Erzeugung von Strom in geothermischen Kraftwerken verwendet.

Oberflächennahe Geothermie bezieht sich auf die Nutzung von geothermischer Energie in geringeren Tiefen, normalerweise bis zu einigen hundert Metern. Bei der oberflächennahen Geothermie wird die natürliche Wärmeenergie des Bodens oder des Grundwassers genutzt. Dies geschieht durch den Einsatz von Erdwärme- oder Wasser-Wärmepumpen, die die Wärmeenergie aus dem Boden oder dem Grundwasser entziehen und für Heiz- und Kühlsysteme in Gebäuden verwenden. Oberflächennahe Geothermie wird hauptsächlich für die Beheizung und Kühlung von Gebäuden sowie für die Warmwasserbereitung genutzt.

Wie funktioniert ein Geothermiekraftwerk?

Die Funktionsweise eines geothermischen Kraftwerks basiert auf dem Prinzip der geothermischen Wärmeübertragung. Es gibt verschiedene Arten von geothermischen Kraftwerken, aber im Allgemeinen folgen sie einem ähnlichen Prozess:

Geothermische Ressourcen identifizieren: Zunächst müssen geothermische Ressourcen identifiziert werden, wie zum Beispiel heiße Quellen, geothermische Reservoire oder vulkanische Gebiete. Diese Ressourcen enthalten heißes Wasser oder Dampf, das als Energiequelle genutzt werden kann.
Bohrung von Tiefenbohrungen: Um die geothermische Energie zu nutzen, werden Tiefenbohrungen in die Erde vorgenommen, um das heiße Wasser oder den Dampf zu erreichen. Die Tiefe der Bohrungen kann je nach geothermischer Ressource variieren.
Wärmeübertragung: Das heiße Wasser oder der Dampf wird an die Oberfläche gepumpt und durch Wärmetauscher geleitet. Dort wird die Wärmeenergie auf ein Arbeitsmedium, wie zum Beispiel ein organisches Rankine-Zyklusfluid, übertragen. Das Arbeitsmedium verdampft und treibt eine Turbine an.
Stromerzeugung: Die Turbine ist mit einem Generator verbunden, der die mechanische Energie in elektrische Energie umwandelt. Der erzeugte Strom kann dann ins Stromnetz eingespeist werden.
Wiedereinspeisung des Wassers: Nachdem die Wärmeenergie übertragen wurde, wird das abgekühlte Wasser oder der abgekühlte Dampf zurück in das geothermische Reservoir gepumpt, um den Kreislauf fortzusetzen.

Vor- und Nachteile von Geothermie

Bei Erdwärmepumpen gibt es zwei gängige Arten, die Wärmeenergie aus dem Erdreich zu gewinnen: Flächenkollektoren und Erdsonden.

Flächenkollektoren bestehen aus einem Netzwerk von Rohren, die in einer bestimmten Tiefe im Erdreich verlegt werden. Diese Rohre sind mit einem Wärmeträgermedium gefüllt, das die Wärmeenergie aus dem Boden aufnimmt. Die Flächenkollektoren werden in der Regel horizontal verlegt und benötigen eine größere Fläche, da sie sich über einen größeren Bereich erstrecken. Sie eignen sich besonders gut für Grundstücke mit ausreichend Platz.

Vorteile

Erneuerbare Energiequelle: Geothermische Energie ist eine erneuerbare Energiequelle, da sie aus der natürlichen Wärme der Erde stammt.
Geringe Umweltauswirkungen: Geothermische Kraftwerke erzeugen im Vergleich zu fossilen Brennstoffen nur geringe Mengen an Treibhausgasen und Luftverschmutzung.
Konstante Energieversorgung: Geothermische Energie ist kontinuierlich verfügbar und kann als Grundlaststromquelle dienen.
Lokale Ressource: Geothermische Energie ist in bestimmten geografischen Gebieten reichlich vorhanden, was die Abhängigkeit von importierten Energieressourcen verringern kann.

Nachteile

Standortabhängigkeit: Die Nutzung von geothermischer Energie erfordert geeignete geologische Bedingungen, die nicht überall auf der Welt vorhanden sind.
Hohe Anfangsinvestitionen: Der Bau von geothermischen Kraftwerken erfordert hohe Investitionen für Tiefenbohrungen und Infrastruktur.
Potenzielle Umweltauswirkungen: Tiefenbohrungen können zu seismischen Aktivitäten führen, und der Umgang mit geothermischen Flüssigkeiten kann zu Umweltproblemen führen, wenn sie nicht ordnungsgemäß behandelt werden.
Begrenzte Ressourcen: Geothermische Reservoire können erschöpft werden, wenn sie nicht nachhaltig genutzt werden.

Geothermie in Deutschland

Laut dem Bundesverband Geothermie gibt es in Deutschland derzeit (Stand 2023) insgesamt 42 geothermische Kraftwerke. Davon sind 12 Anlagen für die Stromerzeugung und 30 Anlagen für die Wärmeversorgung von Gebäuden zuständig. Die installierte Leistung der geothermischen Kraftwerke in Deutschland beträgt insgesamt etwa 417 Megawatt (MW). Es gibt auch eine Reihe von Projekten in der Entwicklung und im Bau, die die geothermische Energie in Deutschland weiter ausbauen sollen. So z. B. zwei Anlagen in Hamburg und eine in Berlin. Die Nutzung von Geothermie in Deutschland ist jedoch im Vergleich zu anderen erneuerbaren Energien wie Wind- und Solarenergie noch relativ gering.

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