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Geothermie - Nutzung von Erdwärme

Die Geothermie ist eine langfristig nutzbare Energiequelle. Mit den Vorräten, die in unserem Planeten gespeichert sind, könnte im Prinzip, rechnerisch und theoretisch der derzeitige weltweite Energiebedarf für über 100.000 Jahre gedeckt werden.

Bei der Nutzung der Geothermie unterscheidet man zwischen Direkter Nutzung, also der Nutzung der Wärme selbst und der Nutzung nach Umwandlung in Strom in einem Geothermiekraftwerk. Aus der Sicht der Optimierung von Wirkungsgraden sind auch hier Kraft-Wärme-Kopplungen (KWK) optimal. Das Problem sind hierbei meistens die Abnehmer der Wärme. Nicht an jedem Kraftwerksstandort werden sich Abnehmer für die Wärme finden lassen. Die Forderung, Geothermie ausschließlich in KWK-Projekten zu nutzen, bleibt ein Wunschtraum.

Erdwärmesonden

 

 

 

 

Erdwärmesonden sind vertikale Erdreich-Wärmetauscher – meist U-Rohre –, in denen eine Wärmeträgerflüssigkeit zirkuliert. Derartige Anlagen haben sich technisch und wirtschaftlich sehr bewährt. Bis heute befinden sich in der Schweiz schon über 30.000 Erdwärmesonden in Betrieb.

Erdregister

 

 

 

 

Erdregister bestehen aus horizontalen, bis in eine maximale Tiefe von 3 m verlegten Rohrsystemen, die dem Erdreich Wärme entziehen. Die Funktionsweise ist dabei praktisch identisch mit derjenigen von Erdwärmesonden. Dieses System wird zunehmend weniger verwendet.

 

Direkte Nutzung - Heizen und Kühlen mit Erdwärme

Für die meisten Anwendungen werden nur relativ niedrige Temperaturen benötigt. Aus tiefer Geothermie können häufig die benötigten Temperaturen direkt zur Verfügung gestellt werden. Reicht dies nicht, so kann die Temperatur durch Wärmepumpen angehoben werden, so wie dies meist bei der oberflächennahen Geothermie geschieht.

In Verbindung mit Wärmepumpen wird Erdwärme in der Regel zum Heizen und Kühlen von Gebäuden sowie zur Warmwasserbereitung eingesetzt (siehe Wärmepumpenheizung).

Nur wenige Anwendungen sind ohne Wärmepumpe möglich. Die wichtigste ist die natürliche Kühlung, bei der Wasser mit der Temperatur des flachen Untergrundes, also der Jahresmittel-temperatur des Standortes, direkt zur Gebäudekühlung verwendet wird. Diese natürliche Kühlung hat das Potential, weltweit Millionen von elektrisch betriebenen Klimageräten zu ersetzen. Sie wird jedoch derzeit nur wenig angewendet.

Eine weitere direkte Anwendung ist das Eisfreihalten von Brücken und Straßen. Auch hier wird keine Wärmepumpe benötigt, denn der Speicher wird durch Abführung und Einspeicherung der Wärme mit einer Umwälzpumpe von der heißen Fahrbahn im Sommer regeneriert. Dazu zählt auch das frostfreie Verlegen von Wasser-leitungen. Die im Boden enthaltene Wärme lässt den Boden im Winter nur bis in eine geringe Tiefe einfrieren.

Oberflächennahe Geothermie

Die Temperaturen der Luft schwanken mit der Jahreszeit sehr stark. Innerhalb der oberen Schichten des Erdbodens werden diese Temperaturen jedoch nicht bzw. nur sehr stark gedämpft nachvollzogen. Aus mathematischer Sicht folgt der Temperaturverlauf einer harmonischen Schwingung. In 5 bis 10 m Tiefe entspricht die im Boden gemessene Temperatur praktisch der Jahresmitteltemperatur des Standortes (ca. 8 bis 10 °C in Deutschland).

Mittels Erdwärmesonden (vertikale oder schräge Bohrungen oder horizontal und oberflächennah ins Erdreich eingebrachte Systeme), aber auch mit erdgebundenen Beton-Bauteilen wird die Wärme an die Oberfläche gefördert.

Meist kommen Wärmepumpen zum Einsatz, um Heiz-Anwendungen für Gebäude zu realisieren (Wärmepumpenheizung). Mit Erdwärme kann im Sommer aber auch gekühlt werden.

Auch in Deutschland ist die direkte Nutzung (Wärmepumpenheizung) schon weit verbreitet und hat hohe Zuwachsraten. 2007 wurden 24.000 neue Anlagen installiert, ein Zuwachs von mehr als 100% gegenüber 2006. Insgesamt dürften 2007 etwa 100.000 Anlagen installiert sein. Die Stromerzeugung jedoch steckt noch in den Anfängen, erst ein Kraftwerk (Neustadt-Glewe) erzeugt seit einigen Jahren Strom. Im Jahr 2007 werden jedoch mindestens drei weitere Geothermiekraftwerke (Unterhaching, Landau, Bruchsal) ans Netz gehen.

Aus den derzeit bekannten Ressourcen hydrothermaler Geothermie könnte bis zu 29 Prozent der in der Bundesrepublik benötigten Wärme bereitgestellt werden.

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