Geothermische Energie

Der Erdkern, der von Erdkruste und Erdmantel umgeben ist, d�rfte eine Temperatur zwischen 3 400 K und 10 000 K haben. Die Temperatur nimmt vom Erd-inneren zur Erdoberfl�che hin ab, was einen W�rmestrom zur Folge hat. Hinzu kommt noch die W�rme, die auf den Zerfall von radioaktiven Mineralien in der Erdkruste zur�ckzuf�hren ist. Die gesamte W�rmestromdichte betr�gt im allgemeinen nur etwa 0,06 W/m². Im Gegensatz zur Energiestromdichte der Sonneneinstrahlung auf der Erdoberfl�che, die bis zu 1 000 W/m² betr�gt. Die W�rmestromdichte ist also sehr klein, so dass eine direkte Nutzung nicht in Frage kommt. Jedoch erreicht die W�rmestromdichte h�here Werte in Bereichen geothermischer Anomalien, welche auch als geothermische Lagerst�tten bezeichnet werden.

Anteil geothermischer Energie
Der Anteil der geothermischen Energie an der Weltenergieversorgung ist zur Zeit noch au�erordentlich gering und wird, global betrachtet, aller Voraussicht nach auch in den n�chsten Jahren unbedeutend bleiben. Im Jahre 2000 erwartet man einen Beitrag an elektrischer Leistung in H�he von 100 000 MW. Dagegen kann aber die geothermische Energie nationale Bedeutung erlangen. Dies gilt insbesondere f�r L�nder wie zum Beispiel Italien, die Vereinigten Staaten, Mexiko, Irland, Neuseeland, die Sowjetunion und Japan. Die nichtelektrische Anwendung f�r Heizung und Warmwasser umfasst derzeit in der Welt rund 5 500 MW.

Geothermische Lagerst�tten werden wirtschaftlich genutzt in:

• USA
• Mexiko
• Island
• Italien
• Neuseeland
• Japan
• UdSSR

Formen geothermischer Lagerst�tten

1. Hei�dampflagerst�tten (vapour-dominated hydrothermal)
2. Hei�wasser- u. Warmwasserlagerst�tten (liquid-dominated hydrothermal)
3. Hei�wasservorkommen (geopressured reservoirs)
4. Hei�e Trockengesteine (�hot dry rocks�)

Nutzung geothermischer Lagerst�tten zur Energiegewinnung

1. Trockener, �berhitzter Dampf, der den geothermischen Reservoiren entnommen wird oder entstr�mt, wird unmittelbar zum Betreiben einer Turbine benutzt. Die Quellen in Larderello (Italien) und Kalifornien liefern beispielsweise trockenen Dampf.
2. Unter Druck stehende Wasserreservoire liefern ein Dampf/Wasser-Gemisch von etwa 450 bis 640 K. Der Dampf kann abgetrennt und zur Stromerzeugung oder als Prozessdampf eingesetzt werden. Mit dem hei�en Wasser k�nnen beispielsweise Heizungsanlagen betrieben werden. Solche Anlagen sind z.B. in Wairakei (Neuseeland), in Japan und Irland in Betrieb.
3. Hei�wasserquellen liefern unter Normaldruck stehendes Wasser von 320 K bis 350 K. Dieses kann nur �ber W�rmetauscher und mit Hilfe niedrigsiedender Fl�ssigkeiten (zB Freon, Isobutan) zur Stromerzeugung eingesetzt werden. Da das Grundwasser mit der Turbine nicht in Kontakt kommt, braucht diese nicht aus korrosionsbest�ndigem Material zu sein. Hei�wasserquellen gibt es beispielsweise in den USA, in Kalifornien, Nevada, Neu Mexiko, Oregon.

Bei den bisherigen Verfahren der Nutzung geothermischer Energie muss das w�rmetransportierende Medium (Wasser oder Dampf) schon in der Lagerst�tte vorhanden sein; die Erschlie�ung geothermischer Lagerst�tten und die Entnahme des w�rmetransportierenden Mediums erfolgt durch Bohrungen. Diese Form der Energiegewinnung d�rfte jedoch auch in Zukunft nur lokale Bedeutung haben, da ein nennenswerter Beitrag zur Weltenergieversorgung � wegen zu geringen Energiemengen � nicht m�glich ist.

4. Anders ist die Situation, wenn man den W�rmeinhalt bis zu mehreren tausend Metern Tiefe ber�cksichtigt, und die weitverbreiteten hei�en Trockengesteinen (�hot dry rocks�) zur Energiegewinnung nutzbar macht, die in Reichweite der heutigen Bohrtechnik liegen. Dabei nimmt die Temperatur dieses Gesteins, von der Erdoberfl�che ausgehend, etwa um 3 K pro 100 m zu (geothermischer Temperaturgradient). 
   Die Angaben �ber die verf�gbaren Energiemengen h�ngen im Wesentlichen ab
   - von der Annahme �ber die technisch erreichbare Tiefe und
   - von der vorgesehenen Abk�hlung der Gesteine.
   K�hlt man alle Gesteine unter den Landfl�chen der Erde bis zu einer Tiefe von 5000 m auf 373 K ab, so ergibt sich unter dem Untergrund aller Kontinente ein W�rmeinhalt von etwa 8 x 10¹⁴ t SKE, was rund das 10⁵-fache des derzeitigen Weltprim�renergiebedarfs ist.

Es kann wohl ausgeschlossen werden, dass diese W�rmemengen jemals quantitativ genutzt werden k�nnen, auch nicht bis zu einigen 1 000 m Tiefe. Die dazu n�tigen Verfahren (�hot dry rock technology�) m�ssen erst noch entwickelt werden. Au�erdem ist noch offen, ob sie jemals wirtschaftlich einsetzbar sein werden. Zur Nutzbarmachung der W�rme hei�er Gesteinsformationen (�hot dry rocks�) soll Wasser, das von der Erdoberfl�che durch Bohrl�cher gepumpt wird, erhitzt und der entstehende Dampf durch ein weiteres, weniger tiefes Bohrloch zur W�rmeabgabe an die Erdoberfl�che zur�ckgeleitet werden.

Bei �lbohrungen im Golf von Mexiko wurden Hei�wasservorkommen (geopressured reservoirs) in 3300 m Tiefe mit Temperaturen von 380 K entdeckt. Das in diesem Sedimentbecken eingeschlossene Wasser steht unter hohem Druck, ist stark versalzen und enth�lt gro�e Mengen Methan.

• Korrosionsprobleme,
• die Notwendigkeit der Methanabtrennung und
• der enorme Druck am Bohrkopf

haben zur Folge, dass die Nutzbarmachung dieses �geopressured reservoirs� technisch au�erordentlich schwierig sein d�rfte.

Verwendung geothermischer Energie
Die Verwendung geothermischer Energie beschr�nkt sich bisher im Wesentlichen auf die Nutzung trockener Dampfvorkommen sowie die Nutzung von Dampf-Wasser-Gemischen zur Stromerzeugung, f�r Heizung und Warmwasser.
Die Nutzbarmachung trockener Dampfvorkommen zur Stromerzeugung ist besonders g�nstig. Solche Quellen sind jedoch selten. Beispiele sind Larderello/Italien, The Geysers/USA, El Salvador/Mittelamerika, Onikobe/Japan. In Larderello wird seit 1904 die Hei�dampflagerst�tte zur Stromerzeugung genutzt, und seit 1960 wird mit Dampf bei �The Geysers�, n�rdlich von San Francisco, Strom erzeugt. Wegen des geringen Drucks und der geringen Temperaturen (etwa 7 bar und 480 K) liegt der Wirkungsgrad der Verstromung bei Verwendung geothermischer Energiequellen im allgemeinen nur bei 6 % - 18 %. Trotzdem sind in Kalifornien diese Kraftwerke im Bau und Betrieb billiger als konventionelle oder nukleare Kraftwerke.
Meist liefern geothermische Quellen Dampf/Wasser-Gemische. Bevor der Dampf zur Stromerzeugung eingesetzt wird, muss er abgetrennt werden. Na�dampfquellen werden in Wairakei, Neuseeland (193 MW) und Cerro Prieto, Mexiko (75 MW) zur Stromerzeugung genutzt; in Japan sind es die Quellen von Onuma (10 MW), Otake F(11 MW) und Matsukawa (22 MW); in geringem Umfang wird in Pauzhetsk, UdSSR (5MW) und Island (3 MW) Strom erzeugt. Mit dem hei�en Wasser selbst kann auch Strom erzeugt werden. Der Vorteil dieser Technik ist, dass die Korrosion der Turbine und die Freisetzung von f�r die Umwelt unerw�nschten Substanzen verhindert wird.

Wirtschaftlichkeit geothermischer Energie
Die Erschlie�ungs- und Betriebskosten geothermischer Lagerst�tten variieren erheblich. Bei �The Geysers� (USA) betrugen die Investitionskosten � bezogen auf eine 110 MW-Einheit � 110 $/kW elektrische Leistung und bei Cerro Prieto (Mexiko) � bezogen auf eine 75 MW-Einheit � 80 $/kW elektrische Leistung. Die Investitionskosten bei Stromerzeugung mit Hei�wasserquellen liegen aufgrund technischer Probleme und auftretender Umweltbelastungen nicht so g�nstig.
Der Einsatz f�r Geb�udeheizung, Warmwasserbereitung oder Meerwasserentsalzung kann durchaus einen lokalen Beitrag zur Energieversorgung leisten. So sind z.B. in Reykjavik rund 90 % aller H�user an ein geothermisches Hei�wassersystem angeschlossen.

Umweltbelastungen durch geothermische Energie
Bei der Elektrizit�tserzeugung mit geothermischen Kraftwerken ist die anfallende Abw�rme im allgemeinen erheblich gr��er als bei anderen Kraftwerken. F�r die Abfuhr dieser Abw�rme stehen im Prinzip dieselben Methoden zur Verf�gung wie bei anderen Kraftwerken.
Geothermische Energiequellen liefern oft salzhaltige Dampf/Wasser-Gemische. Beispielsweise kann in der N�he des Salton Sea, Kalifornien, der Salzgehalt des geothermsichen Wassers bis zu 20 % betragen. (Das Meerwasser hat einen Salzgehalt von etwa 3,3 %.) Das t�gliche Abwasser eines geothermischen 1 000 MW-Kraftwerkes, w�rde es in Cerro Prieto (Salzgehalt 2 %), Mexiko, betrieben, enthielte rund 12 000 t Salz. Deshalb wird es h�ufig notwendig sein, das Abwasser wieder in die Bohrl�cher zur�ckzuf�hren. Dieses Verfahren kann auch dazu beitragen, Bodensenkungen zu verhindern, die m�glicherweise eintreten, wenn gro�e Wassermengen aus unterirdischen Reservoirs entnommen werden.
Aufgrund der durch eine F�rder-Bohrung sich ergebenden St�rungen kann es auch zu gr��eren Verschiebungen der Gesteinsschichten kommen. Diese Vorg�nge �u�ern sich unter Umst�nden in sogenannten �seismic effects�, das hei�t, in �rtlich begrenzten Erdbeben.
Au�erdem enthalten geothermische D�mpfe auch nicht kondensierbare Gase, die beim Betrieb der Anlagen erhebliche Schwierigkeiten bereiten. Die prozentuale Gaszusammensetzung bei �The Geysers�, USA, betr�gt: CO₂ 63,4 %; CH₄ 15,3 %; H₂ 14,7 %; Ar 3,5 %; H₂S 1,7 %; NH₃ 1,3 %; H₂BO₃ 0,1 %.
Ein geothermisches Kraftwerk hat auch einen erheblichen Fl�chenbedarf. Legt man beispielsweise die f�r �The Geysers� typischen Werte zugrunde � eine Bohrung liefert ca. 7 MW � so ist f�r ein 1 000 MW-Kraftwerk (ca. 150 Bohrungen) ein Fl�chenbedarf von rund 30 km² erforderlich.

Geothermie in �sterreich
Der Startschu� f�r die Geothermienutzung in �sterreich ist eigentlich auf einen Misserfolg zur�ckzuf�hren: 1978 bohrte man im oststeirischen Bad Waltersdorf nach Erd�l und stie� statt dessen auf eine hei�e Quelle. Die Gemeinde begann daraufhin sofort nach Nutzungsm�glichkeiten f�r das Hei�wasser zu suchen und so entschloss man sich im Jahre 1981, die �rtliche Schule, einen Kindergarten und ein Freibad mit der W�rme aus der Tiefe zu beheizen. In der Folge wurde ein Thermalbad errichtet und die geothermische Energie zu dessen W�rmeversorgung genutzt. Trotz der relativ geringen Leistung der Thermalquelle � aus 1400 Metern Tiefe sprudeln pro Sekunde nur 17 Liter 61 �C warmen Wassers � ist den Verantwortlichen eine beachtliche Leistung gelungen. Die Quelle beheizt heute Fremdenverkehrsbetriebe mit insgesamt 1 000 Betten, zwei Schulen und ein Thermalbad inklusive Therapiezentrum. Danach verbleiben dem Wasser noch 55 �C, so dass es f�r die Brauchwasseraufbereitung und das L�ftungssystem des Kurzentrums genutzt wird. Erst im Anschluss daran wird das heilkr�ftige Wasser f�r den Badebetrieb eingesetzt. Bevor das Heilwasser � entsprechend den gesetzlichen Auflagen in �sterreich � letztlich wieder in die urspr�nglichen geologischen Schichten injiziert wird, wird es aber noch zur Beheizung der gemeindeeigenen G�rtnerei genutzt.
Unter den derzeitigen wirtschaftlichen und geologischen Rahmenbedingungen liegt das Geothermie-Potential in �sterreich insgesamt bei 2 000 MW thermischer Energie und rund sieben Megawatt Strom. Die Errichtung von 20 bis 40 Anlagen wird f�r m�glich gehalten.

Die geologisch g�nstigsten Lagen sind

• die steirische Thermenregion
• das ober- und nieder�sterreichische Molassebecken und
• das Wiener Becken.

Bis heute konnten insgesamt sechs geothermische Anlagen errichtet werden, die bekannteste davon ist die 10-MW-Anlage im ober�sterreichischen Altheim.

Literatur

GRATHWOHL, Manfred: Windenergie, Geothermie, Biomasse.1983. � Energieversorgung (Ressourcen, Technologien, Perspektiven). Berlin, Walter de Gruyter. S.180-182, 264-279, 370-371

DERFLINGER, Manfred u.a.: 1997. � Vernetzungen/ Wirtschaftsgeografie. Erneuerbare Energien. Linz, Rudolf  Trauner Verlag. S. 57-58

Internetadressen:
Energieverwertungsagentur � E.V.A.: 1998. - Geothermie �sterreich. Geothermie � Die Kraft aus der Tiefe
http://www.eva.wsr.ac.at/projekte/ren-in-a09.htm

Download:

	Autor: Silvia Bachinger  P�dagogischen Akademie der Di�zese Linz Layout. Maria Astleithner Letzte Aktualisierung:   15 Sep 2000
	Anregungen, Tipps, W�nsche an zip@.padl.ac.at