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Ein gigantischer Durchlauferhitzer
Grundsätzlich unterscheiden wir zwei Hauptarten von Tiefengeothermie:
- Hydrothermale Systeme, bei denen ein bestehendes, natürlich durchlässiges Gestein (ein sogenannter Aquifer) oder ein grosses Bruchsystem als «Durchlauferhitzer» genutzt wird.
- Petrothermale Systeme, bei denen in heissem Gestein und in grosser Tiefe ein durchlässiges Wasserreservoir durch hydraulische Stimulation erzeugt und als «Durchlauferhitzer» genutzt wird. Petrothermale Systeme sind meist auch bekannt unter dem Namen Enhanced Geothermal Systems (EGS).
Hydrothermale Systeme haben eine viel grössere technische Reife als petrothermale Systeme. Ausserhalb vulkanischer Gebiete hat aber nur die petrothermale Nutzung (EGS) das Potenzial, einen signifikanten Beitrag zur Stromversorgung zu liefern. Allerdings eignen sich hydrothermale Systeme für Hybridanlagen, bei denen hydrothermales Wasser um 100 °C bis 150 °C mit Unterstützung von z.B. Erd- oder Biogas auf Temperaturen angehoben werden kann, die für eine Verstromung ideal sind.
Um Elektrizität wirtschaftlich zu erzeugen, braucht es viel höhere Temperaturen als nur zu Wärmezwecken. Man muss daher in grössere Tiefen der Erde vordringen. Dabei ergibt sich ein Zielkonflikt, da mit grösserer Tiefe auch das Gestein immer kompakter und weniger durchlässig wird. Man muss daher diesen „Durchlauferhitzer“ in der tiefen Erde künstlich erzeugen und das Gestein aufbrechen. Dieses Aufbrechen geschieht dadurch, dass Wasser in den Untergrund gepresst wird, um bestehende Klüfte zu vergrössern und neue Risse zu schaffen. Mit Hilfe von seismischen Instrumenten in Horchbohrungen lässt sich herausfinden, wie gross die geklüftete Zone ist und wohin das eingepresste Wasser fliesst. Weitere Bohrungen werden gezielt in diese Bereiche getrieben.
Ist der Durchlauferhitzer erstellt, wird kaltes Wasser in eine Tiefe von rund 4000 - 5000 Metern gepumpt. Dort verteilt es sich in den Klüften und Ritzen des kristallinen Gesteins und erwärmt sich auf eine Temperatur von gut 200°C. Im Wärmetauscher gibt das heisse Wasser seine Energie ab und wird wieder in die Erde gepresst. Die so gewonnene Wärme treibt eine Turbine zur Elektrizitätsgewinnung an. Die restliche Wärme kann in ein Fernwärmenetz gespeist werden. Der Turbine nachgeschaltet ist die Kühlung (inkl. Abwärmenutzung) des Wasserkreislaufs.
Hydrothermales Funktionsprinzip
Petrothermales Funktionsprinzip
Das Multistage-System
Im Gegensatz zum Deep Heat Mining-Projekt in Basel (links) setzt Geo-Energie Suisse auf eine verbesserte Stimulationstechnik, das Multistage-System (rechts). Dabei wird nicht wie in Basel in einem Arbeitsgang ein grosses Reservoir im Untergrund stimuliert, sondern es werden schrittweise bis zu 30 kleinere Reservoirsegmente erzeugt. Vorteil: minimales Erschütterungsrisiko und maximale Energiegewinnung.
(Klicken für Animation des Multistage-Systems.)