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Geothermische Grossanlagen zur Grundlastsicherung

Geothermische Grossanlagen zur Grundlastsicherung. Ein Vortrag von Christoph Zeck (re2) & Ulrich Lutz (re2). Inhalt. 1 Geothermie Warum? 2 Potentiale und Funktionsweise 3 Konzeptionen 4 Problemstellungen 5 Grossanlagen 6 Quellen. Geothermische Kraftwerke.

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Geothermische Grossanlagen zur Grundlastsicherung

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Presentation Transcript

  1. Geothermische Grossanlagen zur Grundlastsicherung Ein Vortrag von Christoph Zeck (re2) & Ulrich Lutz (re2)

  2. Inhalt • 1 Geothermie Warum? • 2 Potentiale und Funktionsweise • 3 Konzeptionen • 4 Problemstellungen • 5 Grossanlagen • 6 Quellen

  3. Geothermische Kraftwerke • Die Nutzung der Erdwärme liegt bei ca. 2-3 Prozent des weltweiten Gesamtenergieverbrauchs • Weltweit existieren etwa 250 geothermische Kraftwerke mit 9000-10000 MW dies entspricht einer Stromproduktion von zirka neun Kernkraftwerken • Gesamtpotential 2.5 fache des Weltenergie-verbrauchs, Wärmeabstrahlung in den Weltraum beträgt 0,063 Watt/m² • Geothermische Energie ist preiswert & CO2 neutral

  4. Warum? • Potentialstudie Deutschland ergab bis zu 600-fache des Stromverbrauchs in 7km Tiefe deckbar durch Geothermie • ideale Ergänzung zu Wasser-, Sonnen- , Wind- und Bioenergie • Geothermische Kraftwerke lassen sich in das Stromverbundnetz eingliedern • permanente Verfügbarkeit => Grundlastsicherung möglich

  5. Potentiale Deutschland

  6. Voraussetzungen • Erzeugung von 25 bis 100 MW Strom pro Jahr für etwa 20 Jahre • HDR mit Bohrungen bis 5000 Meter Tiefe, Temperaturen von 250 Grad und einem Bohrlochabstand von min. 500 Metern • Förderraten 50 - 100 l/s • Wärmeraustauschfläche von 3 bis 10 Quadratkilometern

  7. Hochenthalpie Lagerstätten • Stromerzeugung aus Geothermie wird durch die Nutzung von Hochenthalpie-Lagerstätten dominiert • Wärmeanomalien, die mit vulkanischer Tätigkeit einhergehen • mehrere hundert Grad heiße Fluide (Wasser / Dampf) in geringer Tiefe anzutreffen • Vorkommen korreliert stark mit Vulkanen in den entsprechenden Ländern.

  8. Hochenthalpie Lagerstätten

  9. Niederenthalpie Lagerstätten • nichtvulkanische Gebiete, 40-150°, 3000-6000m • Hydrothermaler Geothermie Wasser wird gefördert, abgekühlt und reinjiziert, im Untergrund vorhandene Thermalwässer zirkulieren zwischen zwei Brunnen über vorhandene natürliche Grundwasserleiter (Aquifere) • Petrothermale Geothermie, oft auch HDR-Systeme (Hot-Dry-Rock) genannt: mit hydraulischen Stimulationsmaßnahmen werden im trockenen Untergrund Risse und Klüfte erzeugt, durch künstlich eingebrachtes Wasser oder CO2 • Gestein in dem die hohen Temperaturen angetroffen werden sind wenig permeabel, künstliches Risssystem

  10. Hydrothermale Systeme • Thermalwasservorräte als Primärenergie zur Versorgung von Städten oder Industrieanlagen mit Strom und Wärme • heißes Wasser wird über eine Förderbohrung an die Oberfläche gebracht, wo es seine Wärmeenergie über einen Wärmetauscher an einen zweiten Heizkreislauf abgibt • ausgekühltes Thermalwasser wird anschließend über eine zweite Bohrung wieder in den Untergrund gepumpt • Thermalwässer mit Temperaturen von bis zu 100 °C nutzt man zur Wärmeerzeugung, Thermalwässer mit über 100 °C zur Wärme- und Stromerzeugung.

  11. Petrophysikalische Systeme • Hot-Dry-Rock-Verfahren erschließen heiße Gesteinsschichten mit Temperaturen von bis zu 200 °C für die Strom- und Wärmeerzeugung • Zwischen den Bohrungen bricht man mit hohen Wasserdrücken neue Fließwege auf und erweitert gleichzeitig die vorhandenen • unterirdischer Wärmetauscher, in dem sich nach unten gepumptes Wasser erhitzt, das an der Oberfläche eine Turbine antreibt • Bereits ab einer elektrischen Leistung von 12 MW ist ein Hot-Dry-Rock-Kraftwerk wirtschaftlich zu betreiben

  12. Funktionsprinzip Großanlagen • Bohrlöcher in 4000 bis 5000 m • HDR 2 Bohrlöcher Entfernung 500m • Durch Überdruck verursachte Risse im Gestein • großflächigen Netzsystem • Wärme wird aufgenommen kommt zur Erdoberfläche • Wärmetauscher nimmt Energie überträgt an eine Kühlflüssigkeit und wird direkt zur Wärmeerzeugung genutzt • Heißer Wasserdampf kann parallel auch Turbinen antreiben • Kondensiertes/ abgekühltes Wasser wird wieder in den Untergrund zurückgepumpt

  13. Funktionsprinzip Großanlagen

  14. Konzeption Grossanlagen • ORC (Organic-Rankine Cycle), organische Fluide wie Kohlenwasserstoffe, bestimmte Kältemittel und azetrope Gemische als Arbeitsmittel (z.B. Pentan) verwendet. Mindesttemperatur 90°

  15. ORC • Temperaturen ab 90°C zur Stromerzeugung. Diese arbeiten mit einem organischen Medium, das bei relativ geringen Temperaturen verdampft. Dieser Dampf treibt über eine Turbine den Stromgenerator an.

  16. Kalina Verfahren • Zweistoffgemische Bsp. Ammoniak/Wasser • Höherer Wirkungsgrad • niedrigere Temperaturen • geringere Stromgestehungskosten

  17. Flush-Verfahren • Das heiße Fluid kann zur Bereitstellung von Industriedampf und zur Speisung von Nah- und Fernwärmenetzen genutzt werden. Besonders interessant ist die Erzeugung von Strom aus dem heißen Dampf. Hierfür wird das im Untergrund erhitzte Wasser genutzt, um eine Turbine direkt anzutreiben. Der geschlossene Kreislauf im Zirkulationssystem steht so unter Druck, dass ein Sieden des eingepressten Wassers verhindert wird und der Dampf erst an der Turbine entsteht (Flush-Verfahren)

  18. Problemstellungen • Rentabilität : Vor Ort Nutzung am besten • Lange Transportwege kosten viel • Tiefe der Bohrungen, harte Gesteine • Für eine wirtschaftlich sinnvolle Nutzung (Wärme plus Stromerzeugung) wären 200 bis 300 Grad Celsius erforderlich • stärkere Erdstöße können ausgelöst werden • Salze im Wasser im Kühlkreislauf • 99% Dampf, im Rest CO2 das inert ist, H2S ist das Hauptproblem

  19. Grund-,Mittel-, Spitzenlast

  20. Hoch-Mittel-Niederspannungsnetz

  21. Weltweit größte Anlagen • The Geysers (USA, Kalifornien) - 700 Megawatt Leistung • Larderello (Italien, Toskana ) - 400 Megawatt Leistung • Wairakei (Neuseeland) - 300 Megawatt Leistung

  22. Kosten der Anlagen • Feld Inst.kosten Ener.kosten (US-$/kW) (US-$/kWh) • The Geysers (USA) 1520 0,25 • Wairakei (NZ) 2270 0,46 • Larderello (I) 1380 0,12 • Hveragerdi (IS Plan.) 3640 0,79 

  23. Anlagen : The Geysers • 1852 als Geysers Resort Hotel SPA gegründet • 60 % des Verbrauchs der Region von Golden Gate Bridge bis zur Oregongrenze • Magmafeld hat laut seismischen Studien einen Durchmesser von ca. 14km

  24. Anlagen: The Geysers • Mit 116 km2 größter weltweiter geo-thermischer Verbund • 22 Kraftwerken mit 725 MW el. • Versorgung für 725000 Haushalte • Magma ca. 7 km von der Oberfläche • 25% der regenerativen Energie (non-hydro) Kaliforniens • 36 km Pipeline liefert 15000m3 Wasser /d

  25. Anlagen: Larderello (Toskana) • Von Graf Piero Ginori Conti gegruendet • Erstmalig in Europa geothermischer Strom in Larderello erzeugt 1913 erste Erdwärmekraftwerk • wasserdampfbetriebene Turbinen mit 220 kW el. • nordafrikanische und eurasische Platte treffen hier aufeinander • Magma relativ dicht unter der Oberfläche • Heute werden400 MW Strom in Italiens Energienetz eingespeist

  26. Anlagen : Wairakei (NZ) • Gegründet 1958, Zweitältestes geothermisches Kraftwerk • 1996 wurde eine Reduzierung nach einigen Jahrzehnten Betrieb bemerkt • zwei lufgekühlte ORMAT Energy Convertern mit einem Stunden-durchsatz von rund 2.800m3 bei 127 °C heißem Abwasser • Dampgeschw. bis zu 161 km/h. In der 1220 mm Leitung wird bis zu 208 km/h erreicht • 620 000 neuseeländische Haushalte zählen zu seinen Kunden

  27. Anlagen in Europa • Landau (Pfalz) ,160 Grad, Nachwärme 70-80°, 3MW elektrisch & 6-8MW thermisch, ORC-Verfahren • Soultz-sous-Forêts (Elsass), 3500m -4000m Tiefe, 170 Grad, 6MW) • Unterhaching (Bayern) insgesamt 38MW thermisch, 3.4 MW el., 6.5 ct / KWH Fernwärme, Kalina-Verfahren • Svartsengi Power-Plant (Island) 76.5MW • Neustadt-Glewe (Meck.Pomm.) 2004 als Er- weiterung des bereits 1994 errichteten geothermischen Heizwerks 230 kW el.

  28. Fazit • Geothermie ist eine der wenigen erneuerbaren Energien, die bei der Stromerzeugung grundlastfähig ist • Entscheidender Beitrag bei der Gestaltung eines Energiemixes aus regenerativen Energien • Branche sagt Einsparungem durch Geothermie bis zum Jahr 2020 mehr als 20 Millionen Tonnen Kohlendioxid vorher • Die Kosten für eine Tonne CO2-Einsparung liegen bei etwa 70 €/t (Vergleich: Photovoltaik 2210 €/t).

  29. Fazit • Signifikante Stromerzeugung europaweit nur in Italien (811MW, gesamt EU 855MW el.), 27 Länder in Europa • Weltweit ca. 10000MW el. in 2006 • Größte Nutzer USA : 2697 MW in 2007, Phillipinen 2000MW, Indonesien 1000MW, Mexiko 953MW • MIT Report sagt Vorkommen von HDR Potential allein in den USA ausreichend für Gesamtweltenergieverbrauch für kommende 30000 Jahre Geothermie kann zur Grundlastsicherung für viele Jahrhunderte genutzt werden !

  30. Quellen • Studie BMU 2004 „Geothermie“ • Wikipedia.de • Greenpeace.de • GFZ Potsdam • Helmholtz Gesellschaft • Geothermische Vereinigung e. V. • BINE Informationsdienst

  31. VIELEN DANK FUER IHRE AUFMERKSAMKEIT!!!

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