Was ist geothermische Energie?
Geothermische Energie hängt von der Wärme der Erde ab.
Je tiefer man in die Erdkruste und den Untergrund vordringt, desto heißer sind das Gestein und das Grundwasser. Geothermische Energie basiert auf einer Reihe von Techniken, die es uns ermöglichen, diese Wärme in unterschiedlichen Tiefen und Temperaturen zu gewinnen. Diese erneuerbare Energie ermöglicht das Heizen und Kühlen von Häusern, Gebäuden, Fabriken und landwirtschaftlichen Betrieben. Wird diese Wärme zum Antrieb einer Turbine verwendet, kann sie in Elektrizität umgewandelt werden.
Grundwasserspiegel und Aquifere
Der Begriff Geothermie setzt sich aus den griechischen Wörtern Ge (Erde) und Thermos (heiß) zusammen. Unterirdische Wärme wird in oberflächennahem Grundwasser, tieferen Aquiferen (Grundwasser enthaltende Gesteinsreservoirs) oder Granitgestein gespeichert. Diese Wärmeenergie stammt zu etwa gleichen Teilen aus der Restwärme, die bei der Entstehung des Planeten (vor 4,5 Milliarden Jahren) entstand, und aus der natürlichen Radioaktivität.
Der geothermische Gradient
Der thermische Gradient eines jeden Teils des Globus misst den durchschnittlichen Temperaturanstieg mit der Tiefe. Der Gradient hat einen Durchschnittswert von 3 °C pro 100 m Tiefe (d. h. 30 °C Anstieg pro 1000 m). Dieser Durchschnittswert hängt von den physikalischen und geologischen Bedingungen der jeweiligen Region ab. Der Untergrund eines Vulkangebietes beispielsweise weist sehr schnell ansteigende Temperaturen auf.
Die verschiedenen Arten der geothermischen Energie
Geothermische Techniken unterscheiden sich je nach der Temperatur, der Tiefe und der Nutzung der Wärme.
Im Allgemeinen gibt es drei Kategorien
Geothermie mit sehr niedriger Energie
Die Temperatur liegt unter 30 °C und die Tiefe der Behandlung reicht von 10 bis 200 m. Sie wird zum Heizen (oder Kühlen) von Einzelhäusern, Hochhäusern und Gewerbegebäuden verwendet. Die Kalorien werden durch Anheben des Grundwassers oder durch Einführen von vertikalen oder horizontalen „Erdwärmesonden“ in den Boden gewonnen. Wärmepumpen werden eingesetzt, um die Temperatur zu erhöhen oder zu senken, um eine Klimaanlage zu betreiben.
Niedrigenergie-Tiefengeothermie
Die Wassertemperatur liegt zwischen 30° und 90 °C und die Betriebstiefe liegt Zwischen 200 und 2 500 Metern. Das Wasser aus den Aquiferen steigt an die Oberfläche und kehrt dann in die Tiefe zurück, dank zweier Bohrlöcher, die ein „Doublet“ bilden. Diese Technik ermöglicht die Beheizung von Stadtvierteln mit Tausenden von Einwohnern oder Industrieparks über an der Oberfläche installierte Heiznetze.
Hochenergie-Geothermie
Bei dieser Technik, die sich mit Temperaturen von über 150°C befasst, geht es hauptsächlich um die Erzeugung von Elektrizität aus Tiefwasserdampfquellen. Eine andere Technik besteht darin, Wasser in ein heißes, trockenes Tiefengestein zu injizieren und es dann an der Oberfläche zu gewinnen. Geothermische Hochtemperatur-Energie kann auch für die Kraft-Wärme-Kopplung genutzt werden, um gleichzeitig Wärme zu gewinnen und Strom zu erzeugen.
| Temperatur | Tiefe | Ziele | Methoden | |
|---|---|---|---|---|
| Geothermische Energie mit sehr niedrigem Energieverbrauch | Weniger als 30°C | Von 10 to 200 m | Einzelne Häuser, Gebäude, Einkaufszentren. | Horizontale Netzwerke, Vertikale Sonden, Grundwassererfassung. Mit Unterstützung für Wärmepumpen. |
| Niedrigenergie-Tiefengeothermie | Zwischen 30°C and 90°C | Zwischen 200 and 2500 m | Nachbarschaften, Gewerbegebiete. | Doublets (2 vertikale Bohrungen in Aquiferen). |
| Hochenergie-Geothermie | Mehr Als 150°C | Zwischen 1500 and 5000 m | Stromerzeugungsanlagen. | Tiefbohrungen in Aquiferen oder Wasserinjektion in tiefes Gestein. |
Vorteile und Beschränkungen der Geothermie
Geothermische Anlagen haben den Vorteil, dass sie wenig Fläche beanspruchen, umweltfreundlich und schalldicht sind. Sie verbrauchen kein Wasser, da es unterirdisch zurückgeführt wird. Nach der Investitionsphase sind die Betriebskosten gering.
Allerdings sind die geothermischen Reservoirs in der Regel nach 30 oder 50 Jahren erschöpft, wenn sie ausgebeutet werden. Tiefe Bohrlöcher müssen auf seismische Erschütterungen überwacht werden. An der Oberfläche führt der Wärmetransport über weite Strecken zu erheblichen Wärmeverlusten. Es ist daher vorzuziehen, die Wärme in unmittelbarer Nähe der Bohrungen zu nutzen oder ein Wärmenetz zu installieren, um sie in dem Gebiet zu verteilen.