Durch die Förderbohrung (manchmal auch Produktionsbohrung genannt) wird das Thermalwasser aus dem Aquifer (die wasserführende Schicht) mithilfe einer Pumpe an die Oberfläche gepumpt. Generell unterscheidet man zwischen sogenannten Gestängepumpen (Line Shaft Pumpen), welche durch eine Welle von der Oberfläche aus angetrieben werden und Tauchkreiselpumpen. Bei letzteren ist der Motor innerhalb des Bohrlochs zusammen mit der eigentlichen Pumpeinheit installiert. Im Molassebecken werden aufgrund der hydraulischen Bedingungen ausschließlich Tauchkreiselpumpen eingesetzt. Die Tauchkreiselpumpe ist mehrere Meter lang und – je nach Lage des Ruhewasserspiegels –in mehreren hundert Metern Tiefe im Bohrloch installiert. In München und Umgebung liegt der Ruhewasserspiegel bei ca. 300-500 Metern unter der Oberfläche – Die Pumpe wird nach den abgeschlossenen hydraulischen Test zumeist etwa 300 m tiefer als dieser Ruhewasserspiegel installiert. Je nach Ergiebigkeit der thermalwasserführenden Schicht können Pumpraten von über 100 Liter pro Sekunde erreicht werden. An der Oberfläche wird dem Thermalwasser über Wärmetauscher die Wärmeenergie entzogen. Anschließend wird das Thermalwasser über die Injektionsbohrung wieder zurück in den Untergrund geführt. Die geothermische Dublette, bestehend aus der Förder- und der Injektionsbohrung, erlaubt einen geschlossenen Kreislauf des Thermalwassers. Das heißt, das Thermalwasser kommt nicht in Kontakt mit anderen Wässern oder Arbeitsmitteln und wird nach dem Energieübertrag wieder in denselben Aquifer injiziert. Dort kann es sich in Folge erneut aufwärmen. Die Energiemenge (Wärme und/oder Strom), die mit der Geothermieanlage erzeugt werden kann, hängt von der Temperatur des Thermalwassers und der Förderrate ab.
Schematische Darstellung eines geothermalen Systems für die Wärmeversorgung mit den unter- und oberirdischen Kreisläufen (Bildquellen: Geothermie Unterhaching, edelstahl-waermetauscher.de)
Eine Geothermieanlage kann entweder Wärme, Strom oder beides produzieren. Eine Stromproduktion benötigt eine Thermalwassertemperatur von mindestens 110 °C. Jedoch sind die Wirkungsgrade bei der Stromgewinnung vergleichsweise gering, wodurch die direkte Nutzung zur Wärmeversorgung deutlich effizienter ist.
Für die Stromproduktion bei Thermalwassertemperaturen unter 200 °C wird die Wärme des Thermalwassers über einen Wärmetauscher auf ein Arbeitsmittel mit geringerem Siedepunkt als Wasser übertragen. Das Arbeitsmittel kann entweder eine organische Flüssigkeit oder ein Wasser-Ammoniak-Gemisch sein. Im Gegensatz zu Wasser ist der Dampfdruck dieser Arbeitsmittel geringer, wodurch die eingesetzten Stoffe bei geringeren Temperaturen größere Mengen Dampf freisetzen können. Mit dem Dampf wird eine Turbine angetrieben und Strom produziert. Je nach verwendetem Arbeitsmittel spricht man bei organischen Flüssigkeiten von einer ORC (Organic-Rankine-Cycle)-Anlage und bei Wasser-Ammoniak-Gemisch von einer Kalina-Anlage. Bei Thermalwassertemperaturen über 200 °C kann auf ein Arbeitsmittel verzichtet werden und der Wasserdampf direkt aus dem Thermalwasser genutzt werden, um die Turbine anzutreiben. In Deutschland sind die Thermalwassertemperaturen jedoch darunterliegend, daher wird Strom ausschließlich durch ORC- oder Kalina-Anlagen erzeugt.
Schematische Darstellung der Stromgewinnung aus geothermalen Quellen mit der ORC-Technologie (Bildquellen: deutschlandfunkkultur.de, produktion.de, SWM)
Für die Wärmeproduktion wird die Energie des Thermalwassers über den Wärmetauscher direkt in ein Fernwärmenetz übertragen. Der Wärmetauscher ist dabei oft ein Plattenwärmetauscher mit Titan-Platten, weil diese besonders korrosionsbeständig sind. Das Fernwärmenetz transportiert in einem zweiten geschlossenen Kreislauf die Wärme von der Geothermieanlage zu den Verbrauchern. Die Fernwärmeleitungen bestehen aus einem Stahlrohr, das mit Dämmung ummantelt ist und mit Wasser gefüllt ist. Die Leitungen werden oft unter Straßen verlegt. Im Haus nimmt der hausinterne Warmwasserkreislauf die Wärmeenergie aus dem Fernwärmenetzkreislauf über die Wärmeübergabestation auf, um sie für die Heizung zu nutzen. Je nach Größe der Geothermieanlage können so 1000 bis zu 10000 Haushalte mit Wärme versorgt werden.
Schematische Darstellung des gesamten geothermalen Systems mit Dublette und Fernwärmenetz
