Begriffe Geothermie

Temperaturverhältnisse in den obersten Erdschichten

Temperaturverhältnisse in den obersten Erdschichten

Geothermie

Unter diesem Begriff wird die in der Erdkruste vorhandene Wärme (Erdwärme) und ihre energetische Nutzung verstanden. Die Wärme kann dabei von unten nachströmen (aus dem Erdmantel resp. dem Erdkern), von oben nachströmen (von der Sonne her kommend), neu entstehen (radioaktiver Zerfall) oder gespeichert sein. Die Nutzung der Geothermie kann direkt unter der Erdoberfläche beginnen.

Statt Geothermie werden auch die Begriffe Erdwärme oder geothermische Energie genutzt.

Untiefe Geothermie

Unter untiefer Geothermie versteht man die Nutzung der Wärme in Tiefen bis max. 400m. Die Temperaturen lassen dabei eine direkte Nutzung zu Heizzwecken meist nicht zu, sondern es ist noch eine Wärmepumpe nötig. Es wird dafür auch der Begriff Niedrig-Enthalpie-Geothermie verwendet.

Tiefe Geothermie

Nutzt man Wärme aus Tiefen über 400m bis ca. 6000m, so spricht man von tiefer Geothermie. Die Temperaturen werden nun langsam so hoch, dass eine direkte Nutzung zu Heizzwecken möglich wird. In neuen Gebäuden mit thermoaktiven Decken kann bereits mit 30 °C geheizt werden, d.h. im Prinzip ab etwa 700m Tiefe. Ab ca. 100°C kann auch Strom erzeugt werden. Solche Temperaturen finden sich üblicherweise in Tiefen ab ca. 4000m. In Regionen mit erhöhter Temperatur im Untergrund können schon ab ca. 2000m Tiefe solch hohe Temperaturen angetroffen werden. Tiefer als 6000m zu bohren wird sehr teuer und risikoreich.

Für die Tiefe Geothermie werden auch die Begriffe Mittel- und Hoch-Enthalpie-Geothermie verwendet.

Natürlich vorkommende Geothermie

An bestimmten Orten sind geothermische Anomalien vorhanden und der Untergrund ist wärmer als üblich, oder es tritt warmes Wasser an die Erdoberfläche. Dann kann Geothermie oft ohne oder mit vergleichsweise wenig tiefen Bohrungen genutzt werden. Deswegen kann dies als natürlich vorkommende Geothermie bezeichnet werden. Beispiele für solche Gebiete finden sich in Island, der Toskana (Lardarello), Kenya, Neuseeland, den USA und in vielen weiteren Ländern. Dort wird Geothermie für die Wärme- und Stromproduktion bereits vielfach und zunehmend genutzt.

Geothermischer Wärmefluss

Durch das Temperaturgefälle zwischen dem heissen Erdinneren und der Erdoberfläche fliesst ständig Wärme nach oben. Die ca. 5 bis 50 Kilometer dicke Erdkruste stellt aber eine sehr gute Wärmedämmschicht dar. Deswegen ist der geothermische Wärmefluss nur klein, seine Leistung beträgt in der Schweiz ca. 0,06 bis 0,08 W/m2, im Mittel 0,065 W/m2. Auf einem Grundstück von 500m2 fliesst damit eine Wärmeleistung von nur gerade 32,5 Watt, was einer Leistung von circa 3 Sparlampen entspricht. Pro Jahr enspricht der geothermische Wärmefluss einer Energiemenge von 0.57 kWh/m2. Um ein neues Einfamilienhaus zu beheizen, wäre somit die riesige Fläche von mindestens 17'000m2 erforderlich, falls nur der geothermische Wärmefluss von unten genutzt werden könnte.

Mit Geothermie wird also vor allem die bereits im Erdboden gespeicherte Wärme genutzt. Da diese aber nach menschlichem Ermessen sehr gross ist, kann sie als erneuerbare Energie betrachtet werden.

Regeneration

Unter Regeneration versteht man das Zuführen von Wärme an eine Erdwärmesonde (EWS) resp. mittels dieser EWS an das Erdreich. Eine Regeneration ist immer dann notwendig, wenn der Erde mehr Wärme entzogen wird, als nachfliessen kann. Dies ist zum Beispiel der Fall bei Erdwärmesonden-Feldern, wo mehr als 6 Sonden mit weniger als 15m Abstand platziert werden. Erdwärmesonden-Felder müssen in jedem Fall mit geeigneten Simulationsprogrammen berechnet werden.

Mit der aufkommenden starken Verbreitung von EWS können ausserdem an dicht überbauten Orten ungeplant EWS-Felder entstehen, welche langfristig eine Regeneration erfordern. Eine einfache und nachhaltige Möglichkeit ist, im Sommer das Sondenfluid durch Sonnenenergie zu erwärmen und somit den Boden wieder "aufzuladen".

Mindestens teilweise kann eine EWS auch regeneriert werden, indem sie zur Gebäudekühlung im Sommer genutzt wird. Damit kann die EWS doppelt genutzt werden und eine Klimaanlage wird überflüssig. Eine solche Regeneration ist in jedem Fall zu empfehlen, wo dies möglich ist. Die Temperatur des Erdreiches um die EWS kann so erhöht werden, was eine bessere Jahresarbeitszahl bedeutet und Strom spart.

Da die Geothermie noch ein relativ neues Fachgebiet ist, hat sich noch nicht überall eine einheitliche Terminologie ausgebildet.

Geologie

Die Geologie befasst sich mit dem Studium und der Erklärung des Aufbaus der Erdkruste.

"Die Geologie (...) ist die Wissenschaft vom Aufbau, von der Zusammensetzung und Struktur der Erde, ihren physikalischen Eigenschaften und ihrer Entwicklungsgeschichte, sowie der Prozesse, die sie formten und auch heute noch formen." (Wikipedia - Geologie, 17.12.2010)

Geophysik

Die Geophysik befasst sich mit dem Verhalten der Erdkruste und mit Methoden, wie die Erdkruste untersucht werden kann.

"Die Geophysik … erforscht die physikalischen Eigenschaften und Vorgänge der Erdkruste und des Erdinnern (Physik der festen Erde, die Geophysik im engeren Sinn), umfasst aber genauso die Physik der Ozeane (Ozeanografie), der Atmosphäre (Meteorologie) und der Planeten unseres Sonnensystems." (Wikipedia - Geophysik, 17.12.2010)

Beide Wissenschaften tragen viel zu den theoretischen und praktischen Grundlagen zur Nutzung der Erdwärme bei.

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