Intelligente Geothermie-Bohrung – die Energieversorgung durch Erdwärme
Durch die Energiewende soll die Energieversorgung der Zukunft dezentral und ressourcenschonend sein. Eine Möglichkeit zur nachhaltigen Energieversorgung ist die Geothermie. Für die Energiegewinnung muss hier tief in die Erde gebohrt werden, bis zu fünf Kilometer, um genau zu sein. Dabei entstehen Verzögerungen, die durch die unterschiedlich harten Materialien entstehen, durch die der Bohrer gelangen muss. Harte Materialien verlangsamen den Prozess nicht nur, sie belasten den Bohrer zudem sehr.
Wie eine intelligente Geothermie-Bohrung hier Abhilfe schafft, erkläre ich Ihnen in diesem Beitrag.
Inhalt
Was ist unter Geothermie zu verstehen?
Unter dem Begriff „Geothermie“ ist Erdwärme zu verstehen. Das ist eine Art von Energie, die sich in Form von Wärme gespeicherten Energie unterhalb der Oberfläche der Erde befindet. Die gespeicherte Wärmeenergie kann als regenerative Energie zum Heizen oder Kühlen, zur Stromerzeugung und für die Kraft-Wärme-Kopplung genutzt werden. Die geothermische Energieversorgung zählt zu den erneuerbaren Energien und ist grundlastfähig, zuverlässig und wetterunabhängig.
Bei einer oberflächennahen Nutzung der Erdwärme wird bis zu 400 Metern tief gebohrt, um 25 Grad warmes Wasser zu gewinnen. Je tiefer bei der geothermischen Energiegewinnung gebohrt wird, desto wärmer wird das Wasser, bis es als Dampf wieder zurück an die Erdoberfläche gelangt. Um heißes Wasser zu gewinnen, muss zwischen drei bis fünf Kilometer tief in die Erde gebohrt werden.
In die Bohrlöcher wird ein geschlossenes Rohrsystem eingelassen, durch welches Wasser gepumpt wird. Die Untergrundwärme wird auf das Wasser übertragen und an die Oberfläche transportiert, wo Wärmepumpen dieses zum Ort der jeweiligen Nutzung bringen.
Wie funktioniert eine intelligente Geothermie-Bohrung?
Eine geothermische Bohrung verfolgt das Ziel einer hohen Vortriebsrate. Das heißt, dass der Bohrer möglichst schnell in die Tiefe gelangen soll. Das Problem bisher: der Bohrer trifft auf unterschiedliche Materialien mit unterschiedlichen Härtegraden, wie bspw. sehr harte Gesteine wie Quarzit oder Granit. Dadurch verzögern sich die Bohrungen und auch der Bohrer verschleißt bei jedem Zusammenstoß mit einem harten Gestein immer mehr.
Abbildung 1: Bei der geothermischen Bohrung wird Wasser tief ins Erdinnere gebohrt, um dann heißes Wasser zu generieren.
Damit die Bohrungen schneller durchgeführt werden und die Bohrer nicht so schnell abnutzen, haben Wissenschaftler ein neues Verfahren entwickelt. Bei diesem werden Bohrer verwendet, die um einen Laser ergänzt wurden. Der Strahl des Lasers wird innerhalb eines Wasserstrahls auf das Gestein geführt, um es porös zu machen. Der Laserstrahl wird dabei vom Wasserstrahl geführt. Zudem beschützt dieser auch die Laseroptik, da sie aus empfindlichen Spiegeln und Linsen besteht.
Im Bohrkopf befinden sich Sensoren, die die Eigenschaften der Gesteine direkt im Bohrloch messen, damit der Bohrprozess an den ständig ändernden Härtegrad angepasst werden kann. Der Laserstrahl schädigt das Gestein dann so, dass der Zusammenhalt zwischen den Kristallen im Stein gelockert wird und es zu Rissen kommt. So lässt sich der Bohrer schneller durch das Gestein treiben.
Erste Versuche waren erfolgreich
Aktuell wird noch rein mechanisch gebohrt. Jedoch wurden bereits erste Feldversuche mit dem Laserstrahl durchgeführt, die alle erfolgreich verlaufen sind. Die Versuchsergebnisse des Fraunhofer IPT Laserteststand zeigen, dass erhitzte Hartgesteine wie Granit deutlich an Härte verlieren. Außerdem versucht das Forschungsvorhaben namens Laser JetDrilling den oben genannten Hochleistungslaser-Wasserstrahl mit einem mechanischen Bohrprozess zu koppeln.
Abbildung 2: So sieht der Versuchsaufbau des Laser JETDrilling am Bohrplatz des International Geothermal Centre (GZB) in Bochum aus. (Quelle: Fraunhofer https://strom-forschung.de/projekt/laserstrahl-beschleunigt-geothermie-bohrungen/)
Forscher untersuchen zudem hydraulische Methoden und das Elektroimpuls-Bohren. Bei dieser Methode werden energiereiche, elektrische Entladungen eingesetzt. Auch hier wird versucht, das Gestein zu schwächen oder komplett zu zerstören.
Die Herausforderung der Geothermie
Die Geothermie verfügt über einen unerschöpflichen Vorrat: Unseren derzeitigen Weltenergiebedarf würde der Wärmeinhalt der Erde nämlich für etwa 30 Millionen Jahre decken. Das Problem bei dieser Art von Energiegewinnung ist jedoch, dass Geothermie-Kraftwerke recht kostspielig sind.
Um geothermische Energie gewinnen zu können, wird heißes Wasser aus dem Erdinneren gepresst, welches dann als Dampf über eine zweite Bohrung an die Erdoberfläche gelangt. An der Oberfläche angekommen, treibt der Dampf Turbinen an. Solche tiefen Bohrungen müssen zunächst genehmigt werden, weil sich diese Gesteinsschichten verschieben könnten. Dadurch könnte es zu örtlichen Erdbeben kommen. Deswegen sind Geothermie Bohrungen nicht in Erdbebengebieten möglich, jedoch in allen anderen Gebieten.
Die Vorteile geothermischer Energie
Trotz der Herausforderungen hat die intelligente geothermische Energiegewinnung viele Vorteile und ein großes Potenzial.
Wetterunabhängige Energiegewinnung
Ähnlich wie die Sonnenenergie sind die in der Erde gespeicherten Energievorräte unerschöpflich. Jedoch sind sie im Gegensatz zu vielen andern erneuerbaren Energien wie der Sonnen- oder Windenergie nicht vom Wetter abhängig. An trüben, sonnenlosen Tagen oder bei Windstille funktionieren viele Arten von Energiegewinnung nicht. Bei der Energieversorgung durch Geothermie-Bohrung ist das egal: es spielt keine Rolle, bei welchem Wetter und zu welcher Jahreszeit gebohrt wird.
Zuverlässig und platzsparend
Allein die Energie in den oberen drei Kilometern der Erdkruste könnte unseren heutigen Energiebedarf für 100.000 Jahre sichern. Somit stellt sich die Energieversorgung durch Geothermie als zuverlässig und stets verfügbar dar. Außerdem benötigen geothermische Anlagen nur wenig Platz. Dadurch lassen sie sich gut in das Landschafts- oder Stadtbild einfügen.
Schnellere Bohrungen
Bei der Bohrung mit einem Laser ist dieser so stark, dass er das starke Gestein schädigt, damit der Bohrer einfacher durch die schwierigen Stellen gelangt. Somit wird der Prozess durch den Laserstrahl erheblich beschleunigt und erleichtert. Außerdem verschleißen die Bohrer nicht so schnell wie ohne den Einsatz des Laserstrahls.
Fazit
Geothermische Energie ist sehr umweltfreundlich und regional. Im Gegensatz zu weiteren erneuerbaren Energiequellen wie der Sonnenenergie ist sie wetterunabhängig. Bei einer intelligenten Geothermie-Bohrung werden die Bohrer nicht zu sehr belastet wie bei einer regulären Bohrung. Der wassergeführte Hochleistungslaserstrahl erleichtert die Bohrung um einiges und gestaltet den Vorgang schneller. Das Potenzial dieser erneuerbaren Energiequelle ist hoch, jedoch sind Erdwärmekraftwerke teuer und benötigen viel Platz. Und obwohl die Technologie für eine intelligente Bohrung noch in den Kinderschuhen steckt, ist die Energiegewinnung durch Geothermie eine stabile und gesicherte Grundversorgung an Strom aus erneuerbaren Rohstoffen.
Haben Sie Fragen zur intelligenten Geothermie-Bohrung? Dann stellen Sie mir diese gerne, indem Sie Kontakt mit mir aufnehmen.
Websession: Intelligente Geothermie-Bohrung
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2 Kommentare zu "Intelligente Geothermie-Bohrung – die Energieversorgung durch Erdwärme"
Interessant, dass der technische Stand für intelligente Bohrungen noch weiter optimiert werden kann. Auf meinem Grundstück möchte ich eine Baugrundbohrung vornehmen lassen. Definitiv suche ich mir dafür eine spezifische Fachfirma.
Danke für den Beitrag. Mir gefällt, dass auch auf die Problematiken von Geothermie-Bohrungen eingegangen wird. Ich möchte mir eine Heizanlage einbauen lassen, die auf Erdwärme spezialisiert ist. Dafür wende ich mich die Tage an einen passenden Ansprechpartner für Heizanlagen.
https://www.gsa-brunnenbau.de/erdwaerme/