In Deutschland wird in rund 170 größeren Anlagen Wärme und teilweise Strom aus Geothermie produziert. Vor allem Thermalbäder und Gebäudekomplexe werden mit Tiefengeothermie beheizt. 13 geothermische Heizkraftwerke speisen Wärme in ein Nahwärmenetz ein. Die installierte thermische Leistung der rund 170 Anlagen für die geothermische Wärmeproduktion liegt bei rund 100 Megawatt (MW).

Noch verhältnismäßig jung ist dagegen die Stromerzeugung aus Geothermie. Nachdem in Italien bereits 1904 ein erstes geothermisches Kraftwerk zur Stromerzeugung in Betrieb genommen wurde, folgte die erste Anlage in Deutschland 100 Jahre später. Im Jahr 2008 wurde an drei deutschen Standorten Strom und Wärme aus Tiefengeothermie gewonnen. Die installierte Leistung der drei Anlagen zur geothermischen Stromproduktion liegt bei 7,2 MW.

 

Stromerzeugung aus Tiefengeothermie

Projekt und Inbetriebnahme	installierte Leistung (elektrisch)	installierte Leistung (thermisch)	Temperatur des Thermalwassers
Neustadt-Glewe (2003)	0,23 MW	7 MW	98°C
Landau (2007)	3,8 MW	ca. 6 MW	ca. 155°C
Unterhaching (2008)	3,36 MW	38 MW	ca. 122°C

 

In Neustadt-Glewe (Mecklenburg-Vorpommern) wurde 2003 das erste geothermische Kraftwerk zur Stromproduktion in Betrieb genommen. In ca. 2.300 Meter Tiefe befindet sich hier ca. 100°C heißes salzhaltiges Thermalwasser in einer gut durchlässigen Sandschicht. Das Wasser mit seinem sehr hohen Salzgehalt von 227 Gramm je Liter (Totes Meer: 300 g/l) wird nach oberirdischer Nutzung der Wärme wieder in die ursprüngliche Erdschicht eingeleitet. Der unterirdische Wasserspiegel bleibt damit stabil.

 

Erste Bohrungen für die Erdwärmenutzung wurden noch kurz vor Ende der DDR unternommen. 1994 nahm ein privater Betreiber zunächst ein geothermisches Heizkraftwerk in Betrieb. In Neustadt-Glewe sind 1.325 Haushalte sowie Gewerbeunternehmen und Produktionsbetriebe an das Nahwärmenetz angeschlossen. In den Sommermonaten entstand durch die geringe Wärmenachfrage ein Überangebot von Erdwärme. Um durch die relativ geringe Auslastung nicht die Wirtschaftlichkeit des Projektes zu gefährden, ergänzte der Betreiber 2003 eine Turbine zur Stromerzeugung. Die Anlage nutzt die besonders effiziente ORC-Technik (Organic Rankine Cycle). Dabei zirkuliert ein organischer Wärmeträger in einem geschlossenen Leitungssystem. Der Wärmeträger verdampft im Gegensatz zu Wasser schon bei 30°C und treibt dadurch eine Turbine zur Stromerzeugung an.

 

Im Sommer überwiegt in Neustadt-Glewe seitdem die Stromproduktion, während im Winter bei sinkenden Außentemperaturen die Stromerzeugung zurückgefahren wird zugunsten der Wärmebereitstellung über das Nahwärmenetz. Das geothermische Kraftwerk in Neustadt-Glewe beweist auch, dass selbst niedrige Temperaturen des geförderten Thermalwassers noch erfolgreich zur Stromproduktion eingesetzt werden können. Die geothermische Stromerzeugung deckt den Strombedarf von rund 500 Haushalten.

 

In Landau (Rheinland-Pfalz) erzeugt seit November 2007 erstmals in Deutschland ein geothermisches Kraftwerk ganzjährig Strom. Die Anlage nutzt die besonders günstigen geothermischen Bedingungen des Oberrheingrabens. In Landau steigt die Temperatur um 47°C je 1.000 Meter Tiefe. Die 3.000 Meter tiefe Förderbohrung bringt knapp 160°C heißes Thermalwasser zu Tage.

 

Der Betreiber, ein Tochterunternehmen von zwei lokalen Energieversorgern, hat das Anlagenkonzept auf die durchgehende Stromerzeugung ausgelegt: Das an die Erdoberfläche geförderte heiße Thermalwasser wird über einen Wärmetauscher an einen zweiten geschlossenen Kreislauf abgegeben. Dort zirkuliert ein organischer, schnell verdampfender Wärmeträger (Organic Rankine Cycle, ORC-Technik). Dieser Wärmeträger treibt zunächst die Turbine zur Stromerzeugung an. Das Thermalwasser ist danach mit 70-80°C aber noch immer warm genug, um über ein Nahwärmenetz ca. 1.000 Haushalte mit Wärme versorgen zu können, bevor es wieder in den Untergrund zurückfließt. Die Stromerzeugung deckt den Jahresbedarf von rund 6.000 Haushalten ab. Insgesamt werden ca. 5.800 Tonnen CO₂ vermieden.

 

Im bayerischen Unterhaching ließ eine kommunale Betreibergesellschaft zwischen 2004 und 2006 die bisher größte und tiefste geothermische Bohrung in Deutschland durchführen. Aus über 3.400 Meter Tiefe wird pro Sekunde bis zu 150 Liter heißes Thermalwasser an die Oberfläche gefördert – eine Fördermenge, die in Deutschland bisher bei diesen Temperaturen noch nicht erreicht wurde. Die Anlage in Unterhaching kombiniert die Wärme- und die Stromerzeugung. Um die Wärme des Thermalwassers mit besonders hohem Wirkungsgrad zur Stromerzeugung einsetzen zu können, nutzt Unterhaching die Kalina-Technik. Diese greift auf eine Ammoniak-Wasser-Mischung zurück, mit dem Verdampfen getrennt wird. Nur der ammoniak-reiche Dampf treibt die Turbine zur Stromerzeugung an.

 

Die Anlage speist Wärme in ein Nahwärmenetz, das bis Ende 2008 auf rund 25 km gewachsen ist und 2.500 Haushalte, Gewerbe und Industrie mit Wärme versorgt. Das Nahwärmenetz wächst kontinuierlich weiter: Die Wärmeabnahme soll in den kommenden Jahren noch mehr als verdoppelt werden. Die Endverbrauchpreise für die Erdwärme aus dem Nahwärmenetz waren mit ca. 6,5 Cent pro Kilowattstunde schon bei Inbetriebnahme 2007 konkurrenzfähig gegenüber Erdgas oder Öl. Die Stromerzeugung aus Tiefengeothermie deckt den jährlichen Strombedarf von rund 10.000 Haushalten ab. Die Anlage spart jährlich CO₂-Emissionen von ca. 30.000 Tonnen. Dies entspricht der Hälfte des derzeitigen Kohlendioxid-Ausstoßes durch die Energieversorgung aller Haushalte der Gemeinde.

 

Aachen bietet ein innovatives Beispiel für die kombinierte Wärmeversorgung und Klimatisierung eines großen Gebäudekomplexes mit Tiefengeothermie. Die Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule (RWTH) Aachen kühlt und heizt ihr Service-Gebäude "SuperC" mit einer tiefen Erdwärmesonde. Neben dem Gebäude wurde bis 2006 eine 2.500 Meter tiefe Bohrung erstellt und eine Erdwärmesonde eingelassen. Kaltes Wasser strömt im äußeren Stahlrohr der Sonde in die Tiefe und erwärmt sich. Über ein zentrales Förderrohr gelangt das ca. 70°C warme Wasser wieder an die Oberfläche. In der Heizperiode durchläuft das geförderte Wasser innerhalb des Gebäudes Konvektoren, Decken- und Fußbodenheizung, d.h. es wird kaskadenförmig für unterschiedliche Anwendungen genutzt.

 

Die Wärmeleistung der Erdsonde treibt im Sommer auch eine Absorptionskältemaschine an. So lässt sich die Erdsonde auch für die Gebäudekühlung einsetzen. Lediglich bei extremen Lastspitzen müssen unterstützende Kühl-, Heiz- und Lüftungssysteme zugeschaltet werden. Sowohl die Investitionskosten für die Haustechnik als auch die laufenden Energiekosten konnten dadurch deutlich gesenkt werden. Die installierte thermische Leistung der Erdsonde beträgt 450 Kilowatt (kW). Das Gebäude mit 4.600 m² Nutzfläche kann ganzjährig vollständig mit Tiefengeothermie versorgt werden. Die Anlage spart jährlich ca. 130 Tonnen CO₂-Emissionen.

 

Weitere Informationen:

BINE: Geothermische Stromerzeugung in Neustadt-Glewe

BINE: Geothermische Stromerzeugung in Landau

Geothermie Unterhaching GmbH & Co. KG

RWTH Aachen: Projektgruppe SuperC

Geothermische Vereinigung