Geothermie
Erdwärme ist eine erneuerbare Energie aus den oberen Erdschichten des Planeten. Sie kann geothermisch zum Heizen und zur Warmwasserbereitung genutzt werden. Hauseigentümer können Erdwärme direkt nutzen, während Kraftwerke die Wärme zur Stromerzeugung umwandeln.
Im weiteren Sinne bezeichnet der Begriff Geothermie die gesamte im Planeten gespeicherte und kontinuierlich erzeugte Wärmeenergie. Enger gefasst, bedeutet es die ingenieurtechnische Nutzung der zugänglichen Wärme aus dem Erdreich. Nach menschlichen Maßstäben handelt es sich hierbei um unerschöpfliche und damit erneuerbare beziehungsweise regenerative Energie.
Je tiefer ins Erdreich vorgedrungen wird, desto höher werden die dort herrschenden Temperaturen. Mit Hilfe verschiedener geothermischer Verfahren kann man sich diese zunutze machen und zum Heizen, zur Warmwasserbereitung oder zur Stromerzeugung weiterverwenden.
Bei der oberflächennahen Geothermie wird die in Erdschichten von bis zu 400 Metern Tiefe vorhandene Wärme genutzt. Sie ist im Jahresmittel nahezu konstant, da sie nicht von äußeren Einflüssen tangiert wird. Prinzipiell kann diese Form der Erdwärme ortsunabhängig genutzt werden – abhängig natürlich von wirtschaftlichen, technischen und rechtlichen Anforderungen. Schon geringe Temperaturen unmittelbar unter der Erde und im Gestein können mit Hilfe von Wärmepumpen genutzt werden.
Der Transport der Erdwärme erfolgt über Erdwärmesonden, Erdwärmekollektoren oder Wärmebrunnenanlagen, die wiederum durch Rohrleitungssysteme und Flüssigkeitszirkulation funktionieren. Da die hier vorherrschenden Temperaturen in der Regel nicht an das für die Wärmenutzung nötige Temperaturniveau heranreichen, ist das Rohrleitungssystem für gewöhnlich mit einer Wärmepumpe verbunden. Ohne Wärmepumpe kann dieses System auch zur Kühlung eingesetzt werden.
Etymologie
Der Begriff Geothermie leitet sich aus dem Griechischen ab und bedeutet so viel wie „warme/heiße Erde“. Deshalb ist im Sprachgebrauch auch die Bezeichnung „Erdwärme“ geläufig und wird synonym verwendet.
Tiefe Geothermie
Ab einer Tiefe von 400 Metern spricht man von tiefer Geothermie. Tiefbohrungen ermöglichen die thermische Nutzung von heißem Grundwasser oder Dampf, weshalb man sie in dieser Form als hydrothermale Geothermie bezeichnet.
Bei der hydrothermalen Geothermie wird auf die Wärme unterirdischer Thermalwässer in Tiefen von 800 bis 3.500 Metern Tiefe zugegriffen. Die Temperaturen liegen dort zwischen 50 und 160 Grad Celsius. Thermalwasser steht in tiefen Gesteinsschichten unter hohem Druck, weshalb es nach Anbohren der betreffenden Schicht bis in Höhen unweit der Erdoberfläche (10 bis 100 Meter) aufsteigt.
Das heiße Tiefenwasser oder der entsprechende Dampf kann mit Rohren relativ einfach nach oben gepumpt werden, wo ihm dann die Wärme entzogen wird. Um den Grundwasserhaushalt nicht negativ zu beeinflussen, wird durch eine Reinjektionsbohrung das genutzte Thermalwasser häufig in die thermalwasserführende Gesteinsschicht zurückgeführt. Dieses System wird als Dublette bezeichnet.
Die Nutzung trockener oder heißer Gesteinsmassen gestaltet sich deutlich aufwändiger. Die Rede ist dann von petrothermaler Energiegewinnung. Dazu werden künstliche Risse durch Bohrungen im Tiefengestein erzeugt, die wiederum als Wärmetauscherflächen dienen. Kühles Wasser kann so hydraulisch in die entsprechenden Gesteinsschichten geleitet und an anderer Stelle als Heißwasser aus einer zweiten Bohrung gefördert werden. Beide Verfahren gehören zur Tiefengeothermie.
Erdwärmekollektoren
Erdwärmekollektoren funktionieren ähnlich wie Erdwärmesonden, allerdings bestehen sie aus horizontal im Erdreich installierten Kunststoffrohren. Sie dienen in erster Linie als primäre Wärmequelle für Wärmepumpenheizungen. Durch ihre verhältnismäßig geringe Tiefe im Erdboden sind sie am effektivsten in Regionen mit mildem Wetter.
Wärmepumpen
Wärmepumpen kommen meist zum Einsatz, um die geringeren Temperaturen der oberflächennahen Geothermie anzuheben und somit für Anwendungen nutzbar zu machen. Erdwärme wird so im Regelfall zum Heizen und Kühlen von Gebäuden und zur Warmwasserbereitung eingesetzt. Wärmepumpen werden in Kombination mit Erdwärmekollektoren oder Erdwärmesonden installiert, die die Wärme aus dem Erdboden ziehen.
Erdwärmesonden
Erdwärmesonden werden in der Regel in Tiefen zwischen 10 und 100 Metern installiert. In Ausnahmefällen kommen auch tiefe Erdwärmesonden (TEWS) zum Einsatz, die bis zu einige Tausend Metern tief liegen. Erdwärmesonden dienen der Wärmeübertragung. Sie entziehen dem Erdreich Wärme (Heizen) oder geben Wärme an dieses ab (Kühlen). In Verbindung mit Wärmepumpen und angeschlossen an ein Heizsystem erhöhen sie die Temperatur der eingesammelten Wärme und transportieren diese zu Zwecken der Gebäudeheizung. Darüber hinaus können sie auch als Speicher von Wärmeenergie dienen.
Bei der Nutzung der Wärme aus dem Erdreich unterscheidet man zwischen der direkten und der indirekten Nutzung. Bei Ersterer wird die Erdwärme selbst genutzt, bei der indirekten Nutzung wird sie zunächst in Geothermiekraftwerken in Strom umgewandelt und dem Verbraucher erst dann zur Verfügung gestellt. Auch Prozesse der Kraft-Wärme-Kopplungen (KWK) lassen sich zur Optimierung der Wirkungsgrade realisieren – allerdings nur mit ortsabhängigen Einschränkungen.
Typische Beispiele für die direkte Nutzung sind etwa der Einsatz zum Heizen und Kühlen von Gebäuden oder die Warmwasserbereitung. Die indirekte Nutzung bezieht stets Geothermiekraftwerke mit ein, um die Erdwärme in Strom umzuwandeln. Die Stromgewinnung aus Geothermiekraftwerken ist grundlastfähig, das heißt, sie können im Gegensatz zu Photovoltaikanlagen konstant elektrische Energie bereitstellen.
Nachhaltigkeit
Geothermie gehört zu den erneuerbaren Energien und stellt damit eine umweltfreundliche, ressourcenschonende Alternative zu fossilen Energieträgern dar. Zudem kann ihre Energie saisonal und lokal unabhängig gewonnen werden – ohne den Ausstoß von CO2.
Sicherheit
Während es bei Öl- oder Gasheizungen immer ein gewisses Restrisiko durch Brand- oder Explosionsgefahr gibt, entfällt dies bei geothermischen Heizsystemen. Zudem spielt auch die Geruchsbelästigung (wie beispielsweise bei Öltanks) keine Rolle.
Grundlastfähigkeit
Im Gegensatz zu Wind, der nicht immer weht, Sonne, die nicht rund um die Uhr scheint und fossilen Energieträgern, die langsam aber sicher zur Neige gehen, ist Erdwärme immer verfügbar. Sie ist eine Grundlastenergie, wetterunabhängig und krisensicher.
Umfangreiche Fördermöglichkeiten
Über das Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle (BAFA) und die Kreditanstalt für Wiederaufbau (KfW) können im Zuge des Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) verschiedene Förder- und Finanzierungsmöglichkeiten für Neu- und Umbauten von Heizanlagen beantragt werden.
Preisstabilität und Autarkie
Durch die Installation einer Wärmepumpe lässt sich eine preisstabile Wärmeversorgung umsetzen, da Energie im Erdreich konstant verfügbar ist. So lässt sich Energie für Heizung und Warmwasser unabhängig vom Strompreis erzeugen. Das ist nachhaltig und schont den Geldbeutel.
Weitere Einsparungen
Im Gegensatz zu Ölheizungen sind bei geothermischen Heizsystemen keine zusätzlichen Versicherungen notwendig (beispielsweise eine Gewässerschadenshaftpflichtversicherung) und auch zusätzliche Kosten für den Schornsteinfeger entfallen, da kein Verbrennungsvorgang in den Anlagen stattfindet.
