Wichtiger Hinweis: folgende Darstellung soll die Grundzüge und wesentlichen Merkmale behandeln und hat keinen Anspruch auf Vollständigkeit, noch sind alle feinen technischen Details der Konzepte enthalten. Allerdings zeigen Sie wichtige Eckdaten, Grundsätze und Probleme die den wesentlichen Charakter der technischen Prozesse darstellen.

Als Geothermie bezeichnet man im Allgemeinen die Nutzung der Wärme unserer Erdkruste, die im Gegensatz zum Oberflächenklima und den damit verbundenen Temperaturschwankungen, konstant im Bereich der Plusgrade der Celsiusscala liegt. Durch den heißen Erdkern von bis zu 6000°C wird auch die Erdkruste erwärmt. Generell gilt für Mitteleuropa je 100 m Bohrtiefe ein Temperaturanstieg um 3 Kelvin (entspricht 3°Celsius). Man rechnet in Mitteleuropa zum Beispiel bei ca. 30 Meter Tiefe mit 15°C. Die genaue Temperatur in den Schichten der Erdkruste hängt aber ebenfalls von der Art der Erdschichten ab, in die man beim Bohren oder Graben vordringt. Daher ist eine genaue Vorhersage der zu erwartenden Temperatur besonders bei der tiefen Geothermie schwierig vorausbestimmbar.

Um die Energie, die als Wärme in der Erdkruste vorliegt, zu nutzen, muss man in die Tiefe bohren oder graben. Man unterscheidet dazu sinnvoll in oberflächennahe Geothermie und die tiefe Geothermie.

Oberflächennahe Geothermienutzung

Die Aufnahme der Temperatur aus dem Boden kann über verschiedene technische Konzepte erfolgen – hier einige der gängigen Systeme:

Erdkollektor:
Ein Rohrsystem, ähnlich einer Heizschleife bei einer Fußbodenheizung, wird waagerecht in der Erde verlegt, in Tiefen von ca. 2 bis max. 4 Metern (je nach Region und Tiefenfrostgefahr). Im Flächenrohrsystem zirkuliert eine Flüssigkeit, die die Temperatur in der entsprechenden Verlegetiefe aufnimmt und nach oben in die Wärmepumpe* fördert. Der Erdkollektor lebt ebenfalls von der Sonneneinstrahlung auf die Erdoberfläche, die vom Mutterboden gespeichert wird und ist damit keine „echte Geothermie“.

Erdsonde:
Eine Bohrung bis in etwa 100 Meter Tiefe, die in zwei Rohren Zu- und Rücklauf beinhalten. Hier wird ebenfalls ein Hilfsmedium (z.B. Propan) in der Tiefe erwärmt und in eine Wärmepumpe zurückgefördert.

Daneben gibt es auch Begriffe: Grundwasserbohrung oder Energiepfähle, die ebenfalls als Medium zur Wärmeenergieentnahme aus der Erdkruste dienen.

Wärmepumpe – der Schlüssel der oberflächennahen Geothermie:
Das entscheidende Element zur Nutzung der sog. oberflächennahen Geothermie ist die Wärmepumpe. Das wesentliche technische Prinzip kennen wir aus einem Kühlschrank. Mittels Verdichtung wird das im Erdreich verdampfte Medium in der Wärmepumpe kondensiert und gibt dabei Wärme, die zuvor im Erdreich aufgenommen wurde, wieder ab. Die Kondensationswärme kann dann mittels Wärmetauscher auf ein Heizmedium (Wasser oder Sole) mit nutzbarem Temperaturniveau gebracht werden. Über einen Speicherkessel kann die damit erzeugte Wärme sogar eine Zeit lang zwischengespeichert werden – genau wie beim Warmwasserspeicher einer zentralen Gas- oder Ölheizung. Der Antrieb der Wärmepumpe bzw. des Verdichters ist elektrisch (alternativ auch Verbrennungsmotor), d.h. es wird zunächst Energie benötigt, um die Wärmeenergie nutzen zu können. Niedertemperatur Heizsysteme sind die beste Voraussetzung zur Nutzung. Man kalkuliert in etwa 1kWh Strom Verbrauch der Wärmepumpe bei Erzeugung von 3 bis 5 kWh Wärmeleistung und spricht deshalb von einer positiven Energiebilanz. Auch Gebäudekühlung ist nach diesem Prinzip möglich. Als Nachteil dieses Prozesses werden oft die relativ hohen Anschaffungs- und Installationskosten (Bohrungen oder Erdaushub) bzw. der evtl. Betrieb eines zusätzlichen Niedertemperaturkessels bei Spitzenlasten genannt.

Tiefe Geothermie

Auch bei der tiefen Geothermie ist es notwendig die verschiedenen Konzepte, seitens der Energienutzung durch den Abnehmer zu unterscheiden:

1. Geothermie zum Betrieb eines Thermalbades:
Diese Idee basiert auf der Vermutung oder Entdeckung unterirdischer Quellen oder Wasser-Läufe, die durch die Tiefe relativ hohe Fördertemperaturen aufweisen und als Nebeneffekt wichtige Mineralien oder Stoffe enthalten, denen heilende Wirkung nachgesagt wird. Als Beispiel sei hier die Therme Erding genannt, die durch eine Warmquellenentdeckung bei einer geplanten Ölbohrung 1982 beruht. Erding fördert aus dieser Quelle in 2350 Metern Wasser mit 63°C Fördertemperatur.

2. Geothermie zur Fernwärmenutzung:
Hierbei sind die Inhaltsstoffe des geförderten Wassers nebensächlich. Entscheidend ist, die Bohrung in ausreichender Tiefe zu platzieren, um die Fernwärme unmittelbar und mit unterschiedlichsten Heizkreisen zu nutzen. Daneben spielt der Wassermengenfluss in der Bohrtiefe eine ganz entscheidende Rolle, um die Bedarfsmenge des angeschlossenen Fernwärmenetzes auch langfristig und nachhaltig abzudecken. Bei allen neuen Konzepten wird das genutzte Wasser durch Reinjektion in die Erdkruste rückgeführt. Die Effizienz eines Fernwärmenetzes hängt neben der Fördertemperatur auch von der Netzgröße ab, da die Entfernung der Nutzer zueinander bzw. zur Förderbohrung entscheidenden Einfluss auf die Effizienz haben. Auch die zu installierenden Förderstrecken zu den Abnehmern erzeugen Kosten durch Erstellung und Wartung. Beispiel für Fernwärmenutzung der Geothermie ist die Gemeinde Pullach mit Bohrtiefen von 3.300 und 3.443 Metern und Fördertemperaturen von 93,8°C und 107°C und damit für Fernwärme durchaus guten Voraussetzungen. Die Bebauungsdichte und Anzahl größerer Firmenkomplexe in direkter Reichweite machen die Nutzung in Pullach zum Vorzeigeobjekt. Ob solche Anlagen tatsächlich nachhaltig sind, kann erst in einigen Jahrzehnten überprüft werden.

3. Geothermie zur Stromerzeugung:
Grundvoraussetzung ist in diesem Fall eine Temperatur von 100°C und (besser) mehr, um mittels eines Zweitkreislaufs mit Hilfsmedium, wie z.B. Pentan, nutzbaren Dampf zum Betrieb einer Turbine zu erzeugen. Die Turbine treibt einen Generator der wiederum Strom erzeugt. Entscheidend für einen erfolgreichen Betrieb ist eine noch tiefere Bohrung oder ein idealerer Standort wie z. B an sog. „Hotspots“, an denen die Fördertemperatur eine bessere Effizienz bewirkt oder sogar den Verzicht auf Hilfsmedien möglich macht. In unserer Region ist keine vertretbare Nutzung möglich, d.h. die erwartete Fördertemperatur reduziert den Wirkungsgrad auf Werte zwischen 9 und 13% und macht den Einsatz von bedenklichen Hilfsmedien notwendig um Stromerzeugung überhaupt betreiben zu können.

4. Kraft/Wärme Kopplung in der Geothermie (die Kombination zwischen Möglichkeit 2 und 3):
Der Wirkungsgrad der Kombination von Stromerzeugung und Fernwärme stellt eine Möglichkeit dar, den Wirkungsgrad einer solchen Anlage zu steigern. Der Gesamtnutzen der Anlage hängt im Wesentlichen davon ab, wie hoch die Fördertemperatur und die mögliche Turbinen-Austrittstemperatur und die damit in Folge nutzbare Wärmeenergie für Fernwärme ist. Die Risiken ergeben sich aus den Risiken beider Konzepte und beeinflussen sich zum Teil gegenseitig. Z.B. bewirkt eine Optimierung des Stromkreislaufes eine Effizienzminderung der Fernwärmenutzung durch reduzierte nutzbare Temperaturen. Ein sog. „Zuheizen“ mit Unterstützungskraftwerken, betrieben mit fossilen Brennstoffen ist unumgänglich (ebenfalls als Notfallkraftwerk) und führt zu Zusatzbaumaßnahmen bzw. erheblichen Kosten.

Ergebnis für das Bernrieder Projekt

Betrachtet man die Voraussetzungen für eine erfolgreiche Umsetzung einer Kraft/Wärme gekoppelten tiefen Geothermieanlage im Raum Bernried, ist dort keine wirtschaftlich sinnvolle Nutzung möglich:

1. Die zu erwartende Temperatur macht einen Hilfskreislauf zur Dampfverarbeitung notwendig

2. Pentan à gesundheitsgefährdend

3. Die Steigerung der Effizienz bei der Stromerzeugung führt zu Effizienzreduktion bei der Fernwärme

4. Der ländliche Charakter der Gegend und die geringe Fernwärmetemperatur machen ein wirtschaftliches Fernwärmenetz für Bernried schwer möglich bzw. nicht sinnvoll.

Einzig die Größe der geplanten Anlage und die daraus resultierende Einspeisevergütung aus EEG für den Betreiber machen das Projekt für den Investor wirtschaftlich, nicht für die Gemeinden!

Für die Gemeinden, die Region und die Umwelt entstehen nur Risiken und Nachteile. Bereits diese Zusammenfassung enthält Möglichkeiten, die weder finanziell noch schadenstechnisch riskant sind und unserer Umwelt deutlich besser gerecht werden, bei vollem Erhalt der finanziellen regionalen Möglichkeiten und voller wirtschaftlicher Unabhängigkeit.