In Unterhaching bei München ist zu Jahresbeginn die zweite, bislang tiefste bundesweite geothermale Bohrung erfolgreich abgeschlossen worden. Errichtet wird das weltweit modernste Erdwärme-Kraftwerk, das im so genannten Niedertemperaturbereich (bis 200°C) arbeitet. Prognosen gehen davon aus, dass das Erdwärme-Kraftwerk in Unterhaching gegenüber der herkömmlichen Strom- und Wärmeproduktion 30.000 Tonnen an COI2I pro Jahr einspart. Geothermische Kraftwerke wie in Unterhaching sind, anders als Wind-, Wasser- und Sonnenkraftwerke, Grundlastkraftwerke. Sie arbeiten rund um die Uhr, unabhängig von Tag- und Nachtzeiten, Wetter und Klima. Tüv Süd Industrie Service begleitet das Projekt von der Planungs- und Bauphase des Kraftwerks bis hin zur Inbetriebnahme.
Ortswechsel: Als die Bohrungen für das Baseler Geothermie-Projekt Dezember 2006 eine Reihe von Erdbeben ausgelöst hatten – das aktuellste März 2007 – reagierte die Bevölkerung mit Besorgnis und Kritik. Tiefbohrauswirkungen bei der dort eingesetzten Hot-Dry-Rock-Technologie und regionaltypische tektonische Erdbebenrisiken sind derzeit noch nicht eindeutig abgrenzbar. Druckinduzierte “Mikro Beben“ sind an dem Standort gewollt und notwendig zur Aufweitung der Gesteinklüfte. Dadurch soll eine ausreichende Wasserdurchlässigkeit des Tiefengesteins erreicht werden. Durch das Einpressen von Wasser können aber auch bestehende tektonische Spannungen im Tiefengestein vorzeitig gelöst werden. Aus geologischer Sicht sind derart verursachte Beben im Bereich der tektonischen Dehnungs- oder Scherbrüche als „vorweggenommene Zukunftsereignisse“ einzustufen. In Basel zeigte sich, dass das zur Bohrlochentwicklung eingepresste Wasser tektonische Spannungen löst und dabei auch an der Erdoberfläche signifikante Beben entstehen können. Größere Erschütterungen an der Erdoberfläche wie in Basel sind jedoch als Ausnahmen im Bereich einer tektonisch besonders aktiven Region anzusehen. Sicherheitsrelevante Schäden durch hydraulische Stimulationen bei geothermischen Explorationen sind weltweit bisher ausgeblieben.
Gefahrenbeurteilung derAnlagentechnik
Die Baseler Phänomene des Tiefengesteins sollten nicht von den empirischen Risiken ablenken, die keine Ausnahmen, sondern im Kraftwerksbetrieb an der Erdoberfläche allgegenwärtig sind: Hierzu gehören beispielsweise verfahrenstechnische Parameter wie Druck und Temperatur, die Anlagengröße und die prinzipielle Gefährlichkeit der in den technischen Anlagen eingesetzten Betriebsmedien. So ist z.B. fast jedes gebaute Kraftwerk eine überwachungsbedürftige Anlage im Sinne der Betriebssicherheitsverordnung (BetrSichV). Nur ganzheitliche systemische Gefährdungsbeurteilungen noch in der Planungsphase sowie vor, während und nach der Inbetriebnahme werden den Sicherheitsanforderungen an Erdwärme-Kraftwerke gerecht:
Geologische Risiken: Extreme Bohrtiefen und Fündigkeit
Weil in Deutschland extreme Bohrtiefen zur wirtschaftlichen Stromerzeugung notwendig sind, bedeutet das erheblichen technischen und finanziellen Aufwand. Das Engineering einer Tiefbohrung muss aus technischen Gründen von der planerischen Endtiefe her vorgenommen werden, was u.a. Durchmesser und Verrohrungen betrifft. Wenn die in der Bohrung tatsächlich angetroffenen Temperatur- und Durchlässigkeitsverhältnisse nicht den Erwartungen entsprechen, kann nachträglich keine Anpassung der Erschließungsbohrung mehr erfolgen. Bei mangelnder Standortkenntnis sind daher gewisse „Überdimensionierungen“ der Erschließungsbohrungen sinnvoll und zur Minimierung des Fündigkeitsrisikos auch notwendig.
Das Fündigkeitsrisiko kann technologisch minimiert werden, um einen möglichen Totalverlust der Bohrkosteninvestition zu verhindern. Entscheidende Erfolgsfaktoren liegen daher zunächst in der Auswahl des Bohrstandortes und hängen bspw. von geologischen Vorexplorationsdaten wie Ergiebigkeit und Nachhaltigkeit des geothermischen Reservoirs ab. Das Fündigkeitsproblem, das Risiko im Erdinneren durch eine oder mehrere Bohrungen verwertbare geothermische Reservoire anzutreffen, wurde in Unterhaching beispielsweise durch eine privatwirtschaftliche Versicherungslösung abgedeckt. Mit der wachsenden Zahl von Geothermie-Kraftwerken in Deutschland werden sowohl beim Erschließen von Erdwärme in großen Bohrtiefen als auch bei der Beurteilung des Fündigkeitsrisikos in den kommenden Jahren weitere standortspezifische Erfahrungen gesammelt werden.
Chemismus und Korrosionsverhalten beachten
Gegenüber konventionellen Turbinenkraftwerken herrschen in dem für die Dampfturbine bereitgestellten Heißwasser deutlich niedrigere Druck- und Temperaturbedingungen. Dadurch werden aus thermodynamischen Gründen Systemanpassungen erforderlich. Beim Geothermie-Kraftwerk in Unterhaching wird ein Ammoniak-Wassergemisch im Energie-Erzeugungskreislauf zum Antrieb der Turbine als Arbeitsmedium zum Einsatz kommen. Das Zwei-Stoff-Gemisch siedet bereits bei relativ niedrigen Temperaturen. Es handelt sich dabei um das in Deutschland erstmals eingesetzte und von Siemens patentierte Kalina-Verfahren. Der Einsatz von Ammoniak ist bei der Systemanalyse hinsichtlich des Korrosionsverhaltens der Werkstoffe und notwendiger Sicherheitsvorkehrungen zu kontrollieren. Die energetisch genutzten Thermalwässer sind je nach Teufe (Bohrtiefe) mehr oder weniger salzhaltig. Solche Fluide können ausgesprochen korrosiv wirken. Die gesamte Infrastruktur ist daraufhin zu überwachen.
Bewährte Technologie erfolgreicheingesetzt
International gesehen ist die Geothermie-Technologie seit Jahrzehnten erfolgreich im Einsatz. Für den Kraftwerks- wie für den bohrtechnischen Bereich stehen bewährte Technologien zur Verfügung. Geothermie-Quellen werden durch hydrothermale oder petrothermale Systeme erschlossen. Hydrothermale Systeme wie in Unterhaching zapfen durch die Förderbohrung direkt das dort rund 125 Grad heiße Thermalwasser in 3.500 Metern Tiefe an und leiten es direkt an die Erdoberfläche. In einem ersten Wärme-Kreislauf wird das Wasser in einer Turbine zur Stromerzeugung über das so genannte Kalina-Verfahren genutzt und in einem zweiten Kreislauf dann die Abwärme über Wärmetauscher einem Fernwärmenetz zugeführt. Das abgekühlte Wasser gelangt über die zweite, die so genannte Reinjektionsbohrung, wieder zurück in die Tiefe.
Im Gegensatz zur hydrothermalen Geothermie-Nutzung sind petrothermale Systeme, wie in Basel eingesetzt, aufwändiger. Energieträger sind hierbei tief liegende Gesteinsformationen, die zwar hohe Temperaturen aufweisen, aus denen jedoch kein Wasser gefördert werden kann. So genannte HDR- und HFR-Technologien (Hot-Dry-Rock, Hot-Fractured-Rock) mit einer Förder- und Verpressbohrung kommen zum Einsatz. Über Einlassbohrungen wird Wasser in das heiße Gestein gepresst. In die entstehenden Risse und Klüfte lässt sich dann Wasser pumpen, das vom Gestein erhitzt wird. Im obertägigen Kraftwerk schließen sich die Energiegewinnungsprozesse wie beim hydrothermalen System an. Mittels Kraft-Wärme-Kopplung einer Dampfturbine wird Strom erzeugt. Desweiteren kann auch Wärmeenergie für Nah- und Fernwärmenetze erzeugt werden.
Wichtige Rahmenbedingungen: Geothermisches Nutzungspotenzial
Bis 2020 soll ein Fünftel des Energieverbrauchs aus regenerativen Quellen stammen, um den Treibhausgas-Ausstoß zu minimieren. Darauf einigten sich die Staats- und Regierungschefs der EU auf dem EU-Gipfel Anfang März. Regenerative Energiequellen, wie Wind-, Wasser-,Sonnenkraft oder Geothermie, die zugleich klimaneutral sind, rücken damit in den Mittelpunkt. Durch die Aufnahme der Erdwärme in das Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) ist ein verlässlicher Rahmen für kalkulierbare Geothermie-Kraftwerke geschaffen worden. So besteht während eines Anlagenbetriebs von 20 Jahren eine festgelegte Mindestvergütung von 8,95 Cent/kWh.
Die Abschätzung des geothermischen Nutzungspotenzials anhand der flächenhaft aus dem Erdinnern austretenden Energiemenge lässt sich durch die Wärmestromdichte abbilden. Sie stellt sich für Deutschland und weite Teile Europas interessant dar: Danach ist „hervorragendes Potential“, „hohes“ und „mittleres bis hohes Potential“ anzutreffen. Mehr als 80 deutsche Kraftwerksprojekte sind derzeit in Planung oder Realisierung.
Fazit
Bei geothermischen Kraftwerken bestehen keine grundsätzlichen sicherheitstechnischen Unterschiede im Vergleich zu konventionellen aber auch anderen regenerativen Energieträgern. Bezüglich spezifischer Risiken wie etwa „Fündigkeit“, „Ergiebigkeit“ und „Bohrtiefe“ ist mit einer künftigen Lernkurve aufgrund der wachsenden Datendichte und zunehmender Erfahrung im derzeit regen Anlagenbau zu rechnen. Gemessen an den vorhandenen Ressourcen und angesichts des Klimawandels sowie der darauf fußenden politischen Rahmenbedingungen ist die Geothermie den Zukunftstechnologien zuzuordnen.
Die Tiefengeothermie kann aufgrund ihrer Grundlastfähigkeit einen wertvollen Beitrag für die künftige Energieversorgung leisten. Es gilt, Betreiber von Anlagen bei Planung, Bau und Betrieb zu unterstützen. Hierzu zählen neben sicherheitstechnischen Prüfungen auch Wirtschaftlichkeitsberechungen, messtechnische Untersuchungen und eine optimierte Anlagen-Planung.
Dieser Beitrag als PDF und weiterführende Informationen (ähnliche Beiträge, technische Daten, Direktlinks zum Hersteller etc.) sind online verfügbar auf www.Energy20.net
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