Erdw\u00e4rme l\u00e4sst sich f\u00fcr die Raumw\u00e4rme, f\u00fcr die Brauchwassererw\u00e4rmung und f\u00fcr die K\u00fchlung von Geb\u00e4uden einsetzen. Besonders effizient ist die Verteilung von Erdw\u00e4rme \u00fcber Nahw\u00e4rmenetze. Die Agentur f\u00fcr Erneuerbare Energien hat die Funktionsweise von Erdw\u00e4rmepumpen und oberfl\u00e4chennaher Geothermie f\u00fcr Privath\u00e4user anschaulich erkl\u00e4rt. <\/p>\n
W\u00e4rmeversorgung mit oberfl\u00e4chennaher Geothermie <\/strong><\/p>\n Die oberfl\u00e4chennahe Geothermie nutzt die W\u00e4rme, die in den obersten Erdschichten bis 400 Meter oder im Grundwasser gespeichert ist. Sie l\u00e4sst sich mit Erdw\u00e4rmepumpen erschlie\u00dfen. W\u00e4rmepumpen k\u00f6nnen auch zum Einsatz kommen, um Umweltw\u00e4rme nutzbar zu machen. Dabei dient nicht die nat\u00fcrliche Erdw\u00e4rme aus dem Erdreich oder dem Grundwasser als W\u00e4rmequelle, sondern die in der Umgebungsluft gespeicherte W\u00e4rme. Hierbei wird auch von Luftw\u00e4rmepumpen gesprochen. Das technische Prinzip der W\u00e4rmepumpen: sie steigern die Temperatur der W\u00e4rmequelle auf ein h\u00f6heres Niveau, um Raumw\u00e4rme und bzw. oder Warmwasser f\u00fcr Einfamilienh\u00e4user oder auch gr\u00f6\u00dfere Geb\u00e4udekomplexe bereitstellen zu k\u00f6nnen.<\/p>\n Erdw\u00e4rmepumpen „zapfen“ dazu zun\u00e4chst die nat\u00fcrliche Erdw\u00e4rme entweder mit Erdsonden oder Erdkollektoren an. In einer\u00a0Erdw\u00e4rmesonde<\/strong> in ca. 100 Meter Tiefe erw\u00e4rmt sich eine Fl\u00fcssigkeit (z.B. ein Wasser-Sole-Gemisch) auf bis zu 13\u00b0C. Bohrungen f\u00fcr Erdsonden sind f\u00fcr Einfamilienh\u00e4user meistens zwischen 50 bis 150 Meter tief und haben einen Durchmesser von ca. 14 bis 16 cm. An geeigneten Standorten kann auch eine Grundwasserw\u00e4rmepumpe \u00fcber einen F\u00f6rderbrunnen die thermische Energie des Grundwassers nutzen.<\/p>\n Alternativ kann Wasser auch in einem\u00a0Erdw\u00e4rmekollektor<\/strong> zirkulieren und dort auf eine Temperatur von maximal 10\u00b0C erw\u00e4rmt werden. Der Kollektor wird im Gegensatz zur Erdsonde waagerecht in ca. 1\u20141,5 Meter Tiefe fl\u00e4chig verlegt.<\/p>\n Die erw\u00e4rmte Fl\u00fcssigkeit aus der Erdsonde bzw. dem -kollektor wird an die Erdoberfl\u00e4che gef\u00f6rdert. Die W\u00e4rmepumpe \u00fcbertr\u00e4gt die W\u00e4rme auf einen W\u00e4rmetr\u00e4ger. Der W\u00e4rmetr\u00e4ger nimmt diese W\u00e4rme auf und verdampft schnell. Der elektrische Kompressor der Erdw\u00e4rmepumpe erh\u00f6ht den Druck und verdichtet den Dampf. Dadurch steigt dessen Temperatur. Die W\u00e4rme kann dann in einem Pufferspeicher gesammelt werden und f\u00fcr die Warmwasserbereitung und als Raumw\u00e4rme zur Verf\u00fcgung gestellt werden.<\/p>\n Die W\u00e4rmepumpe nutzt die Tatsache, dass sich Gase unter Druck erw\u00e4rmen. Dieser Effekt ist z.B. bei einer Fahrrad-Luftpumpe zu sp\u00fcren. Die W\u00e4rmepumpe hebt die Erdw\u00e4rme auf ein h\u00f6heres Temperaturniveau, das f\u00fcr eine Heizungsanlage notwendig ist. F\u00fcr die Bereitstellung von 3 \u2013 5 Kilowattstunden W\u00e4rme ben\u00f6tigt sie ca. 1 Kilowattstunde Strom, der den elektrischen Kompressor antreibt.<\/p>\n Der W\u00e4rmebedarf eines durchschnittlichen Einfamilienhauses kann durch eine W\u00e4rmepumpe mit einer Leistung von rund 12 kW vollst\u00e4ndig gedeckt werden. Die W\u00e4rmepumpe ben\u00f6tigt zur Erzeugung einer bestimmten W\u00e4rmemenge stets Strom. Ohne diese Energiezufuhr von au\u00dfen kann oberfl\u00e4chennahe Erdw\u00e4rme nicht nutzbar gemacht werden. Das Verh\u00e4ltnis von eingesetzter Strommenge zur erzeugten W\u00e4rmemenge sollte idealerweise im Verh\u00e4ltnis 1 : 4 und h\u00f6her liegen. Mit einer Kilowattstunde Strom kann die W\u00e4rmepumpe dann 4 Kilowattstunden W\u00e4rme bereitstellen. Das Verh\u00e4ltnis von eingesetztem Strom zur bereitgestellten W\u00e4rmemenge wird auch als Jahresarbeitszahl bezeichnet \u2013 in diesem Fall ist die Jahresarbeitszahl 4,0.<\/p>\n Sind bei Neubauten aus statischen Erfordernissen Gr\u00fcndungspfeiler notwendig, bietet es sich an, diese mit einer geothermischen Nutzung zu kombinieren. Solche so genannten Energiepf\u00e4hle werden mit W\u00e4rmetauscherrohren ausger\u00fcstet. In Verbindung mit einer erdgekoppelten W\u00e4rmepumpe lassen sich so auch gr\u00f6\u00dfere Geb\u00e4udekomplexe wirtschaftlich beheizen und k\u00fchlen. Zus\u00e4tzlich k\u00f6nnen Energiepfahlanlagen als W\u00e4rme- bzw. K\u00e4ltespeicher dienen. Auch Tunnel- und andere Verkehrsbauteile k\u00f6nnen genutzt werden, um Erdw\u00e4rme bereitzustellen. So lassen sich z.B. auch Verkehrswege im Winter eisfrei halten.<\/p>\n Nutzung und Potenziale<\/strong><\/p>\n In Deutschland waren im Jahr 2010 rund 387.000 W\u00e4rmepumpen in Betrieb, davon rund 143.000 Luftw\u00e4rmepumpen und rund 244.000 W\u00e4rmepumpen, die oberfl\u00e4chennahe Geothermie, Grund- oder Brauchwasser nutzten. Im Jahr 2010 wurden insgesamt rund 51.000 neue W\u00e4rmepumpen in Deutschland installiert, womit der Absatz um 7 Prozent gegen\u00fcber dem Vorjahr zur\u00fcckging. Mit 26.500 neu installierten Luft- und Wasserw\u00e4rmepumpen lagen diese erstmals vor den Erdw\u00e4rmepumpen mit 24.500 neu installierten Anlagen.<\/p>\n Rund 8 Prozent der im Jahr 2010 neu verkauften Heizungsanlagen waren W\u00e4rmepumpe. Bei Neubauten wurde deutlich h\u00e4ufiger eine W\u00e4rmepumpe als Heizungsanlage ausgew\u00e4hlt: 23 Prozent aller Neubauten im Jahr 2009 waren mit einer W\u00e4rmepumpe ausgestattet.<\/p>\n Das Potenzial ausschlie\u00dflich der oberfl\u00e4chennahen Erdw\u00e4rmenutzung betr\u00e4gt – bei Ber\u00fccksichtigung aller geeigneten Fl\u00e4chen – j\u00e4hrlich rund 261 Mrd. kWh. Das entspricht rund einem F\u00fcnftel des gesamten deutschen W\u00e4rmeverbrauchs im Jahr 2010. Die Branchenprognose des Bundesverband Erneuerbare Energie (BEE) vom Oktober 2009 erwartet im Jahr 2020 eine W\u00e4rmeerzeugung aus Erdw\u00e4rmepumpen von bis zu 12,2 Mrd. kWh sowie von bis zu 14,6 Mrd. kWh aus W\u00e4rmepumpen, die Umweltw\u00e4rme nutzen. Damit w\u00fcrden ca. 2,3 Prozent des gesamten deutschen W\u00e4rmebedarfs im Jahr 2020 gedeckt.<\/p>\n W\u00e4rmeversorgung mit Tiefengeothermie<\/strong><\/p>\n Tiefengeothermie bezeichnet die Nutzung von Erdw\u00e4rme aus mehr als 400 Meter Tiefe. In Deutschland nutzen traditionell z.B. Thermalb\u00e4der W\u00e4rme aus Tiefengeothermie.<\/p>\n Wird auf nat\u00fcrlich vorhandenen Wasserdampf oder hei\u00dfes Thermalwasser in tiefen, wasserf\u00fchrenden Gesteinsschichten zur\u00fcckgegriffen, spricht man von\u00a0hydrothermaler Geothermie<\/strong>. In Deutschland dominiert die Nutzung von Thermalwasserfeldern, auch Aquifere genannt, deren Wasser mit Temperaturen zwischen 40 und 100\u00b0C entweder von alleine an die Erdoberfl\u00e4che tritt oder \u00fcber Bohrungen mit Pumpen gef\u00f6rdert werden kann. Besonders g\u00fcnstige Voraussetzungen bieten z.B.die Thermalwasserfelder im Alpenvorland, im Oberrheingraben und in der norddeutschen Tiefebene.<\/p>\n Das Thermalwasser wird zun\u00e4chst an die Erdoberfl\u00e4che gepumpt. Es flie\u00dft in einem geschlossenen Kreislauf und \u00fcbertr\u00e4gt seine W\u00e4rme mit Hilfe eines W\u00e4rmetauschers an einen zweiten Kreislauf. In diesem zweiten Kreislauf zirkuliert ein schnell verdampfender W\u00e4rmetr\u00e4ger bzw. Wasser. Der W\u00e4rmetr\u00e4ger liefert dann \u00fcber diesen zweiten Kreislauf W\u00e4rme zum Heizen und zur Warmwasserbereitung. Das wieder abgek\u00fchlte Thermalwasser wird \u00fcber den ersten geschlossenen Kreislauf wieder in die Tiefe gepumpt, wo es sich erneut erhitzt. Der hohe Mineralgehalt von Thermalwasser macht die Trennung in zwei geschlossene Kreisl\u00e4ufe (so genannter „Dublettenbetrieb“) notwendig.<\/p>\n Bei entsprechenden Temperaturen und Auslegung des geothermischen Kraftwerks kann der verdampfende W\u00e4rmetr\u00e4ger auch eine Turbine zur Stromerzeugung antreiben, bevor z.B. \u00fcber ein Nahw\u00e4rmenetz W\u00e4rme bereitgestellt wird.<\/p>\n Bei der\u00a0petrothermalen Geothermie <\/strong>kann im Gegensatz zur hydrothermalen Geothermie nicht auf nat\u00fcrlich vorhandenen Wasserdampf oder Thermalwasser zur\u00fcckgegriffen werden. Die petrothermale Geothermie „sitzt auf dem Trockenen“, weil das Tiefengestein nur gering wasserdurchl\u00e4ssig ist. Dennoch kann die nat\u00fcrliche W\u00e4rme des hei\u00dfen Gesteins in ca. 2.000 – 6.000 Meter Tiefe genutzt werden. Die Verfahren der petrothermalen Geothermie werden daher auch als\u00a0„Hot-Dry-Rock-Verfahren“<\/strong> bezeichnet.<\/p>\n Dabei wird in k\u00fcnstlich vergr\u00f6\u00dferte Risse und Kl\u00fcfte unter hohem Druck Wasser eingepresst. Das Wasser erhitzt sich im ca. 200\u00b0C hei\u00dfen Gestein. Eine F\u00f6rderbohrung pumpt das ca. 90 – 150\u00b0C hei\u00dfe Wasser dann wieder an die Erdoberfl\u00e4che. Dort kann es, wie bei der hydrothermalen Geothermie, \u00fcber W\u00e4rmetauscher f\u00fcr die W\u00e4rmeversorgung genutzt werden. Sinnvoll ist die gleichzeitige Stromerzeugung mit einer zwischengeschalteten Turbine.<\/p>\n Die bereitgestellte Erdw\u00e4rme wird f\u00fcr Siedlungen oder Einzelgeb\u00e4ude, f\u00fcr die Industrie und Treibh\u00e4user, Fischzucht, landwirtschaftliche Trocknungsprozesse oder f\u00fcr Thermal- und Hallenb\u00e4der genutzt. Durch Mehrfach- oder „Kaskadennutzung“ kann eine Effizienzsteigerung erreicht werden, d.h. jene Nutzer, die die gr\u00f6\u00dfte Energiemenge ben\u00f6tigen, werden dabei zuerst versorgt. So kann ein geothermisches Heizkraftwerk optimal ausgelastet werden.<\/p>\n Nutzung und Potenziale<\/strong><\/p>\n Laut Bundesumweltministerium bel\u00e4uft sich die W\u00e4rmebereitstellung aus Tiefengeothermie im Jahr 2010 auf 285 Mio. kWh. \u00a0Bis 2020 geht das Bundesumweltministerium in seinem Bericht \u00fcber ein Konzept zur F\u00f6rderung, Entwicklung und Markteinf\u00fchrung von geothermischer Stromerzeugung und W\u00e4rmenutzung von einer Steigerung auf 8,2 Mrd. kWh W\u00e4rme aus. Die Branchenprognose des Bundesverband Erneuerbare Energie (BEE) vom Oktober 2009 erwartet im Jahr 2020 eine W\u00e4rmeerzeugung aus Tiefengeothermie von bis zu 14,2 Mrd. kWh. Damit w\u00fcrden allerdings nur ca. 1,2 Prozent des gesamten deutschen W\u00e4rmebedarfs im Jahr 2020 gedeckt.<\/p>\n Der Gro\u00dfteil der ca. 200\u00a0Anlagen zur W\u00e4rme- und Warmwasserversorgung mit Tiefengeothermie lieferte W\u00e4rme und Warmwasser f\u00fcr Geb\u00e4udekomplexe und Thermalb\u00e4der. Davon sind 14\u00a0geothermische Heizwerke, die im Jahr 2011 Erdw\u00e4rme in W\u00e4rmenetze einspeisten. Vier geothermische Heizkraftwerke (Neustadt-Glewe, Landau, Unterhaching, Simbach-Braunau) erzeugten in Kraft-W\u00e4rme-Koppelung gleichzeitig auch Strom aus Erdw\u00e4rme, weitere sind in der Planungs- und Bauphase. Etwa 18 weitere geothermische Heizwerke sind 2011 in Planung und Bau. Das Potenzial ausschlie\u00dflich der hydrothermalen Geothermie wird auf j\u00e4hrlich ca. 300 Mrd. kWh gesch\u00e4tzt. Das entspricht 21 Prozent des gesamten deutschen W\u00e4rmeverbrauchs im Jahr 2010.<\/p>\n Agentur f\u00fcr Erneurbare Energien 2012<\/p>\nQuelle<\/h5>\n