Hydrothermale und petrothermale Nutzung für die Tiefengeothermie
Bei der tiefengeothermischen Erkundung setzt der GD NRW mit dem GTC-Projekt auf geologische Schichten, die eine direkte Förderung von heißen Tiefenwässern über Brunnensysteme oder offene Aquiferspeicher erlauben. Man spricht hier von hydrothermalen Systemen. Im Gegensatz dazu wird bei der petrothermalen Geothermie das heiße, nicht wasserführende Gestein als Wärmetauscher genutzt. Dies erfolgt über tiefe Erdwärmesonden. Das petrothermale System EGS, bei dem Wasserwegsamkeiten im Gestein erst mithilfe von Wasserdruck erzeugt werden müssen (Stimulation), wird in dem Projekt GTC nicht verfolgt.
Doublette
Eine hydrothermale Doublette nutzt natürlich vorhandenes Thermalwasser von 40 bis weit über 100 °C zur Wärme- und gegebenenfalls Stromgewinnung. Sie ist an ergiebige Grundwasserleiter mit einer guten Wasserdurchlässigkeit, der sogenannten Permeabilität, gebunden. Potenzielle geothermische Reservoire sind beispielsweise verkarstete Karbonatgesteine oder poröse Sandsteine.
Für ein Doublette sind zwei Bohrungen erforderlich. In der ersten, der sogenannten Förderbohrung, wird das heiße Wasser an die Erdoberfläche gepumpt. Dort wird ihm die Wärme entzogen, direkt genutzt oder verstromt. Das abgekühlte Wasser wird über die zweite Bohrung – die Injektionsbohrung – zurück in den Untergrund geführt, sodass es sich im Entnahmehorizont wieder ansammeln kann.
Schema einer hydrothermalen Nutzung mithilfe einer Doublette
Geschlossene Erdwärmesonde und saisonale Speicherung von Erdwärme für die mitteltiefe Geothermie
Für die Charakterisierung des mitteltiefen Untergrundes, der für Abnehmerstrukturen mit einem niedrigeren Temperaturbedarf bis zu max. 40 °C von Interesse ist, werden ergänzend geologische Horizonte und Strukturen dargestellt, die eine Nutzung mithilfe geschlossener Erdwärmesonden oder die saisonale Speicherung von Wärme ermöglichen. Bei der zu speichernden Wärme kann es sich sowohl um industrielle Abwärme als auch um Überschusswärme aus regenerativen Energiesystemen wie Solarkollektoren oder Biomassekraftwerken handeln. Im Rahmen der Projektarbeiten werden Bewertungen für den Einsatz offener Aquiferspeicher und für den Einsatz geschlossener Erdwärmesondenspeicher vorgenommen.
Sie erschließen ein mittleres Temperaturniveau bis ca. 80 °C. Tiefe Erdwärmesonden sind daher für die direkte Wärmenutzung, nicht aber für die Stromerzeugung geeignet. Es sind geschlossene Systeme, deren Effizienz von den geothermischen Eigenschaften des Untergrundes bestimmt wird: Temperatur, Wärmeleitfähigkeit und Wärmekapazität.
Anders als bei offenen Systemen ist bei geschlossenen Tiefensonden das Fündigkeitsrisiko um ein Vielfaches geringer. Allerdings erreichen sie eine niedrigere Effizienz.
Schema einer tiefen Erdwärmesonde
Saisonale Speicherung
Der Einsatz thermischer Untergrundspeicher ist dann sinnvoll, wenn an einem Ort neben einem Energiebedarf auch ein Energieüberschuss besteht, beispielsweise durch industrielle Abwärme oder Solarwärme. Der Energiegewinn liegt hierbei nicht in der Nutzung nachströmender Erdwärme, sondern beruht auf den isolierenden Eigenschaften des Gesteins.
Bei der untertägigen Speicherung von Wärme werden offene Grundwasserleiter-Speicher und geschlossene Erdwärmesonden-Speicher unterschieden. Über beide Verfahren lässt sich auch Kälte im Untergrund speichern.
Prinzip eines Wärme- und Kältespeichers im Untergrund
