Geothermiekraftwerk: Strom aus der Tiefe

Ein Geothermiekraftwerk nutzt die kostenfreie Wärme tiefer Erdschichten, um elektrische Energie zu erzeugen. Während das mit unterschiedlichen Verfahren gelingt, basieren alle auf einem ähnlichen Prinzip: Erdwärme wandelt Wasser in Dampf um, der dann eine Turbine antreibt. Im folgenden Beitrag geben wir einen Überblick über die verschiedenen Arten der Geothermiekraftwerke und zeigen, wann sich ihr Einsatz lohnt.

Geothermie ist thermische Energie aus der Tiefe  

Bei der Geothermie geht es um die Nutzung von Wärme aus den oberen Schichten der Erdkruste. Diese zählt zu den erneuerbaren Energien. Sie lässt sich direkt als Heizwärme nutzen oder mit sogenannten Geothermiekraftwerken in elektrische Energie umwandeln. Je nachdem, aus welcher Tiefe die Erdwärme gewonnen wird, unterscheiden Experten in die tiefe und die oberflächennahe Geothermie. Während sich oberflächennahe Erdwärme mit Wärmepumpe zum Heizen nutzen lässt, zapfen Geothermiekraftwerke meist Wärmespeicher in Tiefen von 400 bis über 3.000 Metern an.

Wärmereservoirs sind nicht überall vorhanden  

Soll ein Geothermiekraftwerk wirtschaftlich arbeiten, benötigt es Temperaturen von über 100 Grad Celsius. Mit einem Anstieg von drei Grad pro einhundert Bohrmetern sind dabei sehr tiefe Bohrungen nötig. Anders ist das in Gebieten mit sogenannten „Hochenthalpie-Lagerstätten“. Denn die geologischen Anomalien speichern Erdwärme mit weit höheren Temperaturen oft flach unter der Erdoberfläche. Finden lassen sich diese vor allem in Regionen mit vulkanischer Aktivität, wie in der Toskana oder in Island.

Trockene und feuchte Lagerstätten für Erdwärme  

Geht es um die Art der Lagerstätten, unterscheiden Experten petro- und hydrothermale Systeme. Während petrothermale Lagerstätten aus trockenem Gestein bestehen, zirkuliert in hydrothermalen Lagerstätten heißes Thermalwasser. Können Geothermiekraftwerke das Wasser feuchter Lagerstätten direkt nutzen, muss für trockene Systeme zunächst ein künstlicher Wärmeübertrager geschaffen werden. Über zwei Bohrungen zirkuliert das Wasser dann zwischen Kraftwerk und Gestein, um die Umweltwärme nach oben zu transportieren.

Geothermiekraftwerk in Island
© Ronald Rogge | Fotolia

Arten von Geothermiekraftwerken im Überblick  

Die Geothermie ist eine grundlastfähige Energiequelle, aus der sich bei Bedarf kontinuierlich Strom gewinnen lässt. Möglich ist das mit verschiedenen Arten von Geothermiekraftwerken. Zum Einsatz kommen dabei unter anderem Trockendampf-, Flash-Dampf und Binärsysteme.

Trockendampf-Systeme zur Stromerzeugung 

Einfach und effizient ist ein Trockendampf Geothermiekraftwerk. Es nutzt energiereiche Lagerstätten, in denen heißes Wasser unter hohem Druck vorhanden ist. Dringt der Bohrer in diese Bereiche ein, strömt der Dampf ohne Pumpe nach oben und treibt eine Turbine an. Diese überträgt Bewegungsenergie auf einen Generator, der wie der Dynamo an einem Fahrrad Strom erzeugt. Hat der Dampf seine Energie an das Kraftwerk abgegeben, fließt er über eine Injektionsbohrung in flüssiger Form zurück in die Tiefe. 

Geothermiekraftwerke mit Flash-Dampf-System  

Während Trockendampfsysteme die ältesten Geothermiekraftwerke antreiben, nutzen moderne Anlagen überwiegend das sogenannte Flash-Dampf-System. Dieses kommt infrage, wenn Thermalwasser mit Temperaturen von 180 bis 300 Grad Celsius verfügbar ist. Die Anlagen mindern den Druck in verschiedenen Stufen, wobei das Wasser verdampft. Anschließend treibt es über eine Turbine einen Generator an, bevor die Flüssigkeit zurück in die Tiefe fließt.

Binäre Kraftwerke für kühleres Thermalwasser  

Ist die Erdwärme in Temperaturbereichen von unter 180 Grad Celsius vorhanden, kommen Geothermiekraftwerke mit binären Kreisläufen zum Einsatz. Diese übertragen die thermische Energie aus der Tiefe zunächst auf ein Arbeitsfluid, das dabei verdampft und die Turbine antreibt. Hat es seine Energie an diese abgegeben, wird es wieder flüssig und kann erneut Wärme aus der Tiefe aufnehmen. Da die Kraftwerke das Wasser nach oben Pumpen, sprechen Experten auch von gepumpten Systemen.

Die Voraussetzung für ein Geothermiekraftwerk  

Damit Geothermiekraftwerke mit geringem Aufwand viel Strom erzeugen können, sollten sie über Hochenthalpie-Lagerstätten errichtet werden. Diese speichern thermische Energie mit Temperaturen von über 150 Grad Celsius, die sich zum Beispiel mit Trockendampf- oder Flash-Dampf-Systemen nutzen lässt. Sind die Temperaturen im Erdreich niedriger, sprechen Experten von Niederenthalpie-Lagerstätten. Diese haben eine Temperatur von unter 150 Grad Celsius und eignen sich für die Gewinnung von Heizwärme. Sollen Kraftwerke auch aus den kühleren Quellen Strom gewinnen, funktioniert das nur mit binären oder gepumpten Systemen. Forscher wissen, dass Hochenthalpie-Lagerstätten in der Regel von Niederenthalpie-Regionen umgeben sind.

Geothermiekraftwerke in Deutschland  

In Deutschland gewannen 2017 33 Anlagen Energie aus der Tiefe. Nur neun davon erzeugten auch Strom. Sie griffen eine elektrische Leistung von 38,19 Megawatt ab und hatten damit einen Anteil von etwa 0,02 Prozent der insgesamt installierten Leistung im Land. Im Jahr 2015 haben die Anlagen 0,134 Terawattstunden Strom erzeugt. Das reicht aus, um den Bedarf von etwa 38.000 Zweipersonen-Haushalten zu decken. Aktuell sind weitere Projekte in Entwicklung und im Bau. 

Enorme Energiespeicher können durch Geothermie angezapft werden. Allerdings steht diese Form der Energiegewinnung vor einigen Anforderungen und Hürden bevor sie nutzbar gemacht werden kann. Welche das im Detail sind und was gegen den Eingriff in die Erdkruste spricht, lesen sie im Beitrag "Die Geothermie und ihre Vor- und Nachteile".  

Heizung.de Autor Alexander Rosenkranz
Fazit von Alexander Rosenkranz
Ein Geothermiekraftwerk wandelt kostenfreie und erneuerbare Energien aus der Tiefe in Strom oder Wärme um. Damit das wirtschaftlich funktioniert, müssen die Erdschichten eine Temperatur von mindestens 100 Grad Celsius aufweisen. Abhängig von den geologischen Eigenschaften einer Region können dabei Bohrungen von über 3.000 Meter nötig sein. In Kraftwerken sorgen Trockendampf-, Flash-Dampf- oder Pump-Systeme für die Energieumwandlung. 
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