Tiefe Geothermie

Nutzungsmöglichkeiten

Die Nutzung der im tieferen Untergrund gespeicherten Erdwärme ist grundsätzlich über zwei Arten möglich:

• Hydrothermale Energiegewinnung (Nutzung von Heißwasser-Aquiferen)
• Petrothermale Energiegewinnung (überwiegend Nutzung der im Gestein gespeicherten Energie)

Sonderfälle dieser beiden Nutzungsarten im Übergangsbereich der tiefen zur oberflächennahen Geothermie sind:

• Tiefe Erdwärmesonden (> 400 m Tiefe, zum Beispiel in aufgegebenen Tiefbohrungen)
• Erdwärmegewinnung aus Gruben- oder Tunnelwässern

Hydrothermale Energiegewinnung (Nutzung von Heißwasser-Aquiferen)

Bohrarbeiten bei München

Die hydrothermale Geothermie nutzt Heißwasser-Vorkommen im tieferen Untergrund (mit Temperaturen von ca. 40 bis über 100°C). Diese werden üblicherweise mit zwei Bohrungen ("Doublette") erschlossen, über die das heiße Wasser gefördert und im Hinblick auf eine nachhaltige Nutzung wieder in den Aquifer reinjiziert wird. Die Wärmeenergie kann bei ausreichend hohen Temperaturen in einer geothermischen Heizzentrale direkt über Wärmetauscher an den Heiznetzkreislauf übertragen werden; andernfalls müssen Wärmepumpen zwischengeschaltet werden. Bei ausreichend hohen Temperaturen (über 80°C) und Ergiebigkeiten ist auch eine geothermische Stromerzeugung möglich, wobei eine Nutzung in Kraft-Wärme-Kopplung aus ökologischer und ökonomischer Sicht von Vorteil ist. Ein Sonderfall der hydrothermalen Geothermienutzung ist die balneologische Nutzung von warmen oder heißen Tiefenwässern in Thermalbädern.

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, so dass kühles Wasser in einer Bohrung verpresst und in den anderen Bohrungen als Heißwasser wieder gefördert werden kann. Dieses Verfahren wird meist als Hot-Dry-Rock-Verfahren (HDR) bezeichnet, weitere Bezeichnungen für diese Verfahren sind Deep Heat Mining (DHM), Hot Wet Rock (HWR), Hot Fractured Rock (HFR) oder Stimulated Geothermal System (SGS). Der umfassende Begriff für derartige Systeme ist Enhanced Geothermal Systems (EGS).

Bei tiefen Erdwärmesonden wird eine Technik eingesetzt, die mit der bei üblichen Erdwärmesondenlängen vergleichbar ist: Ein Wärmeträgermedium zirkuliert in vertikal geschlossenen Wärmetauschern, die in Bohrungen von mehr als 400m Tiefe installiert sind. Die Leistung der tiefen Erdwärmesonden beträgt in der Regel nur wenige hundert Kilowatt, sie ist also wesentlich geringer als die Leistung der offenen Systeme. Tiefe Erdwärmesonden haben einerseits eine vergleichsweise geringe Leistung, andererseits sind die Kosten für eine Tiefbohrung hoch. Deshalb bieten sich tiefe Erdwärmesonden vor allem dort an, wo bereits eine nicht genutzte Tiefbohrung vorhanden ist, zum Beispiel in einer nichtfündigen hydrothermalen Geothermie-Bohrung.

Die Nutzung der tiefen Geothermie in Bayern

UmweltAtlas Bayern - Tiefe Geothermie

Die balneologische Nutzung von Thermalwässern hat in Bayern eine lange Tradition. Zunächst wurden die Thermalwässer vor allem zu Badekuren genutzt, neuerdings tritt die Nutzung in Wellnessbädern in den Vordergrund. Für eine balneologische Nutzung sind in der Regel nur geringe Thermalwassermengen erforderlich, so dass sich hierfür auch Thermalwasserhorizonte eignen, deren Ergiebigkeit für eine energetische Nutzung zu gering ist.

Für eine energetische Nutzung (Wärmeversorgung und Stromerzeugung) sind höhere Temperaturen und Fördermengen erforderlich, so dass sich hier die bestehenden bzw. in Bau oder Planung befindlichen Projekte auf das Molassebecken südlich der Donau konzentrieren. Hier steht mit dem Malm (Oberer Jura) der potenziell ergiebigste Thermalgrundwasserleiter Bayerns zur Verfügung.

• UmweltAtlas Bayern: Tiefe Geothermie

In Bayern sind derzeit (Stand Juli 2019) 22 Anlagen zur hydrothermalen Wärmeversorgung und/oder hydrothermalen Stromerzeugung in Betrieb bzw. im Probebetrieb:

• Aschheim-Feldkirchen-Kirchheim (interkommunales Projekt)
• Dürrnhaar (nur hydrothermale Stromerzeugung)
• Erding (auch balneologische Nutzung)
• Garching (bei München)
• Holzkirchen (auch hydrothermale Stromerzeugung)
• Ismaning
• Kirchstockach (nur hydrothermale Stromerzeugung)
• Kirchweidach
• München-Freiham
• München-Riem
• Oberhaching (auch hydrothermale Stromerzeugung)
• Poing
• Pullach (bei München)
• Sauerlach (auch hydrothermale Stromerzeugung)
• Simbach-Braunau (grenzüberschreitendes Projekt)
• Straubing (auch balneologische Nutzung)
• Taufkirchen (auch hydrothermale Stromerzeugung)
• Traunreut (auch hydrothermale Stromerzeugung)
• Unterföhring
• Unterhaching
• Unterschleißheim
• Waldkraiburg

Zwei Anlagen zur Wärmeversorgung und/oder Stromerzeugung sind derzeit (Stand Juli 2019) in Bayern noch in der Bohr- oder Bauphase:

• Garching a.d.Alz (zunächst nur hydrothermale Stromerzeugung, Kraftwerk in Bau)
• München/Schäftlarnstraße (Bohrphase)

Weitere hydrothermale Projekte sind in Planung.

Die Nutzung von petrothermalen Systemen befindet sich hingegen derzeit noch im Versuchs- und Erprobungsstadium. Bislang hat nur eine Anlage den Regelbetrieb aufgenommen (zum Beispiel in Soultz-sous-Forêts im französischen Teil des Oberrheingrabens). Es ist daher davon auszugehen, dass in absehbarer Zeit in Bayern im tieferen Untergrund nur die hydrothermale Geothermie zum Einsatz kommen wird.