Bei der Stromerzeugung aus Erdwärme wird die im Untergrund vorhandene natürliche Wärme in Form von Dampf zum Antrieb von Turbinen genutzt. Für die Stromerzeugung sind Wassertemperaturen von mindestens 90°C erforderlich.

Hydrothermale Geothermie

Besonders günstig für die Stromerzeugung sind hydrothermale Heiß- und Trockendampfvorkommen. Diese bieten teilweise Temperaturen von über 150°C und können damit direkt zum Antreiben einer Turbine genutzt werden.

In Deutschland dominieren allerdings Thermalwasserfelder (sog. Niederenthalpie-Lagerstätten). Diese liefern warmes Wasser mit Temperaturen zwischen 40 und 100°C, das als warme Quelle entweder von alleine an die Erdoberfläche tritt oder mit Pumpen gefördert werden kann.

Thermalwasser wird in Deutschland bereits seit langem zur Wärmeversorgung z.B. von Bädern und im Gebäudebereich genutzt.

Thermalwasser kann jedoch auch zur Stromerzeugung genutzt werden. Hier kommen ORC- (Organic Rankine Cycle) und Kalina-Verfahren zum Einsatz: Das Thermalwasser wird zunächst an die Erdoberfläche gepumpt. Statt in Form von Wasserdampf direkt eine Turbine zur Stromerzeugung anzutreiben, gibt es seine Wärme an einen schnell verdampfenden Wärmeträger ab. Dieser verdampfte Wärmeträger gelangt über einen separaten zweiten Kreislauf zur Turbine, die er zur Stromerzeugung antreibt, ehe der Dampf wieder kondensiert und abkühlt.

Das Thermalwasser ist nach Abgabe der Wärme an den Wärmeträger noch immer heiß genug, um in einem zweiten Wärmetauscher auch Wärme an den Kreislauf z.B. eines Nahwärmenetzes abzugeben. Das wieder abgekühlte Thermalwasser wird wieder in die Tiefe gepumpt, wo es sich erneut erhitzt.

Beim ORC- Verfahren werden organische Fluide wie Kohlenwasserstoffe, bestimmte Kältemittel und azetrope Gemische als Wärmeträger (z.B. Pentan) verwendet.

Das Kalina- Verfahren stellt eine Alternative zum ORC-Verfahren dar, steht derzeit aber noch am Beginn der Entwicklung. Hier werden Zweistoffgemische, so zum Beispiel aus Ammoniak und Wasser als Wärmeträger verwendet. Es verspricht einen höheren Wirkungsgrad – insbesondere bei niedrigeren Temperaturen - und geringere Stromgestehungskosten, ist aber technisch noch nicht so ausgereift wie das ORC-Verfahren.

Petrothermale Geothermie

Im Gegensatz zur hydrothermalen Geothermie kann die petrothermale Geothermie nicht auf natürlich vorhandenen Dampf oder Thermalwasser zurückgreifen. Die petrothermale Geothermie "sitzt auf dem Trockenen" und nutzt die natürliche Wärme des heißen Gesteins in ca. 2.000 - 6.000 Meter Tiefe. Die Verfahren werden daher auch als "Hot-Dry-Rock-Verfahren" bezeichnet.

Mit hydraulischen und chemischen Stimulationsverfahren können Risse und Klüfte im Gestein erzeugt oder erweitert werden. In diese Risse und Klüfte wird per Injektionsbohrung dann unter hohem Druck Wasser eingepresst. Das Wasser erhitzt sich im ca. 200°C heißen Gestein.

Eine Förderbohrung pumpt das ca. 90 - 150°C heiße Wasser dann wieder an die Erdoberfläche. Dort kann es wie bei der hydrothermalen Geothermie mit den ORC- (Organic Rankine Cycle) und Kalina-Verfahren genutzt werden: Das heiße Wasser gibt seine Wärme an einen schnell verdampfenden Wärmeträger ab. Dieser treibt wiederum über einen separaten Kreislauf eine Turbine zur Stromerzeugung an. Auch der Anschluss eines Nahwärmenetzes ist möglich.

Wenn gleichzeitig in Kraft-Wärme-Kopplung sowohl Strom als auch Wärme in einer Anlage erzeugt werden, steigt der Wirkungsgrad der Tiefengeothermie.