Der Geothermie mal richtig einheizen

Die Geothermie gehört zu den klassischen erneuerbaren Energiequellen, aber auch zu denen die wenig genutzt werden. Dafür gibt es zwei Gründe: Die meisten Vorkommen (wie etwa in Deutschland) haben eine sehr niedrige Temperatur nur knapp über 100 Grad, mit der sich nur sehr ineffizient in andere Energieformen umwandeln läßt. Der zweite ist, dass sie erstaunlich langsam erneuert wird.

In weiten Teilen Deutschlands fließen nur etwa 300-500W Wärmeenergie pro Hektar an Erdwärme an die Oberfläche. In den günstigen Gebieten wie dem Rheingraben steigt der Wert auch über 1000W pro Hektar – vor der Umwandlung in Strom. Ein Hektar Land liefert also im günstigsten Fall so viel Erdwärme wie ein Wasserkocher. Wenn man langfristig mehr als diese Leistung entnimmt, ist die Nutzung bereits nicht mehr nachhaltig – auch wenn die Wärmereserve im Gestein natürlich sehr groß ist.

Um so wichtiger ist eine möglichst effiziente Nutzung und um die soll es hier gehen.

Der derzeitige Stand der Technik für die Nutzung von Geothermie in Deutschland läßt sich gut am Geothermiekraftwerk von Unterhachingen ablesen. Es fördert 150 Liter Wasser pro Sekunde mit einer Temperatur von etwa 122 Grad. Das sind 70MW thermischen Leistung. Je nach Nachfrage wird davon ein großer Teil als Fernwärme genutzt, aber es können auch bis zu 4,1MW Strom erzeugt werden. Das entspricht dann einer Effizienz von knapp 6%. In Island oder Kalifornien erreichen die Geothermiekraftwerke Effizienzen über 10%, die Vorkommen haben dort aber auch Temperaturen über 200 Grad.

Um trotz der niedrigen Temperaturen wenigstens diese Effizienz zu erreichen, wird mit dem heißen Wasser aus der Tiefe eine Mischung aus Wasser und Ammoniak erhitzt. Der entstehende Dampf hat den Vorteil, dass nur der Wasseranteil bei 100 Grad kondensiert. Dabei gibt er Wasserdampf seine Energie an das verbleibende Ammoniak ab. Das Ammoniak bleibt weiterhin gasförmig und kann weiter die Turbine antreiben.

Weg von der reinen Lehre

Naturgesetze lassen sich nicht austricksen. Aber wenn man sie gut genug kennt, kann man versuchen sie besser ausnutzen. Im Prinzip sollte es jedem Kraftwerksbetreiber peinlich sein, nicht einmal eine Effizienz von 6% zu erreichen. Geothermie ist zu knapp, als dass man 94% der gewonnenen Energie bei der Stromumwandlung verlieren wollen würde.

Die schlechte Nachricht: Nur mit Geothermie geht das nicht. Die Temperatur des geförderten Wassers ist was sie ist. Mit ein paar neuen Tricks und Ideen läßt sich die Effizienz vielleicht noch um zwei oder drei Prozentpunkte steigern, aber viel mehr auch nicht.

Die gute Nachricht: Einer Dampfturbine ist es egal woher der Dampf, den sie bekommt, seine (möglichst hohe) Temperatur hat.

Der Albtraum der Puristen: Hybridkraftwerke

Das Resultat mag kein “echtes” Geothermiekraftwerk mehr sein. Aber man kann das “lauwarme” Wasser aus der Geothermie (mit einem Umweg durch einen Wärmetauscher) jederzeit mit einer weiteren, beliebigen Wärmequelle auf besser brauchbare Temperaturen bringen. Die Umwandlung der Energie geschieht am Ende dann nicht mehr mit 6% Effizienz, sondern (je nach Kraftwerk) mit 30-50% – und zwar für die gesamte Energie. Egal wo sie her kam.

Dabei muss eines klar sein: Diese Wärmequelle wird am Ende mehr als 80% der gesamten Energie liefern. Es braucht diese großen Energiemengen um aus Wasser mit 120 Grad den Dampf für die Turbine zu machen.

Die zweite Energiequelle muss ihre Energie mit einer hohen Temperatur bereit stellen. Ansonsten ist es egal, woher die Energie kommt. Das kann ein Kohlekessel sein, das kann die Abwärme einer Gasturbine sein (wie in einem Gas-und-Dampf-Kraftwerk), es kann ein Kernreaktor oder auch etwas anderes sein. (Biomasse würde funktionieren, aber es wird zur Zeit zu viel davon genutzt, weshalb ich sie nicht aufgeführt habe.)

Das ganze funktioniert nur, weil es der Turbine am Ende egal ist, woher die Energie kam. Hinter der Turbine steht ein Kondensator, der den Dampf auf 30-40 Grad abkühlt und wieder in flüssiges Wasser verwandelt. Dieses flüssige Wasser heizen wir zuerst mit Geothermie auf etwas über 100 Grad auf und schicken es dann zu unserer zweiten Wärmequelle, wo es dann zu Dampf mit 300-600 Grad und 60-300 Bar Druck gemacht wird. (Die unteren Werte entsprechen etwa einem klassischen Druckwasserreaktor, die oberen einem modernen Kohlekraftwerk.) Am Ende wandelt die Turbine die Energie von dem Dampf genauso effizient um, egal ob die erste Stufe mit der Geothermie da ist oder nicht.

So kann man die Thermodynamik manchmal doch noch austricksen.

Die Idee eine höhere Effizienz zu erreichen, indem man Geothermie mit konventionellen Kraftwerken kombiniert ist nicht neu. Sie wurde schon in den 70er Jahren diskutiert. Ich fürchte, bei der Diskussion wird es auch heute bleiben. Denn es gibt zwei eine Regelung wie Geothermie mit dem EEG vergütet wird (25ct/kWh), aber die gilt nur für reine Geothermiekraftwerke.

Warum baut es niemand?

Auch wenn eine Kombination mit einem klassischen Kraftwerk viel mehr Strom aus dieser Energiequelle gewinnen könnte, wird kein Investor das Risiko auf sich nehmen eine solche Anlage zu bauen. Denn die rechtliche Lage ist keineswegs geklärt. Es wäre ganz einfach, physikalisch zu argumentieren.
Wir haben hier ein Kraftwerk mit einem Geothermieanschluss und einem Kohlekessel. Wir beziehen 70MW Wärme aus der Geothermie und 350MW Wärme aus der Kohle. Am Ende erzeugen wir aus 420MW Wärme noch 180MW Strom. Weil 1/6 der Energie aus Geothermie kam, verlangen wir, dass 1/6 des Stroms (also 30MW) nach dem EEG vergütet wird.Bis dieses Problem geklärt und das Gesetz an diese Möglichkeit angepasst ist, ist der Investor längst pleite. (Dabei sei nicht verschwiegen, dass die Rechnung oben stark vereinfacht ist. Real würde es einige Verluste im Wärmetauscher etc. geben und man könnte wohl nur etwa 15-20MW der Geothermie anrechnen. Aber mehr als die 4,1MW in Unterhachingen wären es auf jeden Fall.)

Umweltschützer würden mit Sicherheit von einer Mogelpackung reden, gerade wenn der Dampf am Ende mit Kohle erzeugt wird. Aber am Ende ist klar, dass wir in Deutschland noch lange Zeit auf Strom aus Kohlekraftwerken angewiesen sein werden. Und ein Kohlekraftwerk mit Geothermie verbraucht weniger Kohle für die gleiche Leistung wie ein Kohlekraftwerk ohne Geothermie.

Diese Form von fehlendem Pragmatismus, von der Anerkennung der Realität aus dem man das beste machen sollte, ist auch einer der Gründe weshalb die Energiewende gerade scheitert. Bei der Geothermie allemal.

One thought on “Der Geothermie mal richtig einheizen

  1. Pingback: Warum Klimakonferenzen scheitern müssen | tp1024

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