Je nach Tiefe der Bohrung unterscheidet man zwischen zwei Arten der Geothermie:
- Oberflächennahe Geothermie bis 400 Metern Tiefe.
- Tiefe Geothermie ab 400 Metern Tiefe.
Oberflächennahe Geothermie
In Anwendungen der oberflächennahen Geothermie wird die Erdwärme aus bis zu 400 Metern Tiefe und mit Temperaturen von ca. 25 °C für das Heizen und Kühlen von Gebäuden verwendet. Die Wärmeenergie aus diesen Tiefen wird aufgrund der noch relativ geringen Temperatur meist nicht direkt genutzt, sondern mit Hilfe von elektrischen Wärmepumpen auf das erforderliche Temperaturniveau angehoben.
Die Erdwärme-Anlage, die im Winter heizt, kann je nach Auslegung im Sommer ebenso Gebäude kühlen – was eine aufwendige Kälteerzeugung in Klimaanlagen im Sommer spart.
Oberflächennahe Geothermie hat sich insbesondere bei Ein- und Mehrfamilienhäusern als umweltfreundliche Alternative zu fossilen Energieträgern erwiesen und ist bereits weit verbreitet. Typische Systeme der Oberflächennahen Geothermie sind Erdkollektoren, Erdwärmekörbe, Grundwasserbrunnen und Erdwärmesonden.
Schematische Darstellung der Anwendungsmöglichkeiten der oberflächennahen Geothermie (Quelle: GeoPLASMA-CE)
Tiefe Geothermie
Die Tiefengeothermie stößt gegenüber der oberflächennahen Nutzung von Erdwärme in andere Dimensionen vor und wird aus Tiefen bis zu 7000 m gefördert. Es werden nicht nur deutlich heißere Reservoire in größeren Tiefen erschlossen, auch die damit betriebenen Anlagen sind wesentlich größer und leistungsfähiger.
Die Energie aus der Tiefenbohrungen kann folgendermaßen genutzt werden:
- Wärmeversorgung
Die Wärmeenergie aus dem Reservoir wird über Wärmetauscher in Nah- bzw. Fernwärmenetze eingespeist. Über Fernwärmeleitungen ist somit die Wärmeversorgung von Siedlungen, Stadtteilen sowie großen öffentlichen und gewerblichen Gebäuden möglich. Die Beheizung von Bädern und Schwimmhallen ist die älteste Nutzungsform von geothermischer Wärme. Mäßig warme Temperaturen eignen sich zur Beheizung und Kühlung von Gewächshäusern für den Gemüseanbau. Eine weitere Anwendung findet die Wärme beispielsweise in zahlreichen Industrieanwendungen, wie der Trocknung oder der Wärmebehandlung von Lebensmitteln. - Stromerzeugung
Ist das Temperaturniveau hoch genug (>100 °C), kann über ein Geothermiekraftwerk aus der Wärme auch Strom erzeugt werden. Geothermisch erzeugter Strom steht rund um die Uhr zur Verfügung und kann als Grundlast bei der Stromversorgung eingesetzt werden. - Kombinierte Strom- und Wärmeversorgung
Aus Effizienzgründen erfolgt die Stromerzeugung mittels tiefer Geothermie in den meisten Fällen in Kraft-Wärme-Kopplung. Dabei wird die Restwärme bei der Stromerzeugung zu Heizzwecken genutzt.
Ein großer Vorteil von Tiefengeothermie ist die Kaskadennutzung. Bei günstigen Verhältnissen kann eine Produktionsbohrung mehrere der genannten Nutzungssektoren hintereinander mit sauberer Energie beliefern.
Darstellung der Nutzungsformen von Tiefengeothermie in der temperaturbedingten Reihenfolge zur Kaskadennutzung (Quelle: TIGER)
Fernwärmeverteilzentrale (Quelle: Stadtwerke München)
Geothermieanlage zur Stromerzeugung in Sauerlach (Quelle: Stadtwerke München)
In der Tiefengeothermie kann man anhand der geologischen Situation zwischen hydrothermalen und petrothermalen Geothermie unterscheiden:
Hydrothermale Energiegewinnung
Die hydrothermale Geothermie nutzt Heißwasser-Vorkommen im tieferen Untergrund (mit Temperaturen von ca. 40°C bis über 100°C). Diese werden üblicherweise mit zwei Bohrungen – einer sogenannten „Dublette“ – erschlossen, über die das heiße Wasser gefördert und im abgekühlten Zustand wieder in den Aquifer reinjiziert wird.
Alle aktuell in Deutschland betriebenen Anlagen arbeiten mit hydrothermalen Reservoiren.
Schema für eine hydrothermale Dublette
Petrothermale Energiegewinnung
Bei der petrothermalen Energiegewinnung wird in heißen, trockenen oder nur gering durchlässigen Tiefengesteinen durch die Erzeugung künstlicher Risse oder durch das Aufweiten natürlicher Rissflächen eine hydraulische Verbindung zwischen mindestens zwei Bohrungen hergestellt. Die Risse dienen als Wärmetauscherflächen, sodass kühles Wasser in einer Bohrung in den Untergrund geleitet und in den anderen Bohrungen als Heißwasser wieder gefördert werden kann.
Der weitaus überwiegende Teil der geothermischen Ressourcen Deutschlands ist in den petrothermalen Reservoiren des tiefen Kristallingesteins gespeichert. Diese Ressourcen können unter derzeitigen technisch-wirtschaftlichen Bedingungen jedoch noch nicht genutzt werden.
