Geothermie – Energie der Zukunft? - Deutsches Bergbau
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Geothermie – Energie der Zukunft? „Nachgefragt „- Vortragsreihe Sonderausstellung WERTVOLLE ERDE, Bochum 15.Dezember 2013 Leonhard Thien, EnergieAgentur.NRW, Leiter Netzwerk Geothermie NRW Inhalt EnergieAgentur.NRW, Netzwerk Geothermie NRW Einführung in das Thema Oberflächennahe Geothermie Allgemeines Anlagentechnik Beispiele Tiefe Geothermie Allgemeines Anlagentechnik Beispiele Perspektiven Folie 2 Energiesysteme in Vergleich Geothermie – Potentiale, Trends und Techniken, 03.12.2013 Leonhard Thien Die Aufgaben der Die EnergieAgentur.NRW fungiert als operative Plattform für Unternehmen und Institutionen in NRW mit breiter Kompetenz im Energiebereich: von der Energieforschung, der technischen Entwicklung, Demonstration und Markteinführung über die Energieberatung bis hin zur beruflichen Weiterbildung Die EnergieAgentur.NRW steht in NRW als zentraler Ansprechpartner in allen Fragen rund um das Thema Energie zur Verfügung Im Sinne der Clusterpolitik konzentrieren sich die Aktivitäten in Netzwerken für Unternehmen, Hochschulen und Forschungseinrichtungen darauf, Innovationsprozesse zu forcieren, Kooperationen anzubahnen sowie Markteinführungen von innovativen Produkten national und international zu beschleunigen Folie 3 Energiesysteme in Vergleich Geothermie – Potentiale, Trends und Techniken, 03.12.2013 Leonhard Thien Unsere Partner 3.300 Firmen und Institutionen sind Partner im Cluster EnergieRegion.NRW 76 % der beteiligten Unternehmen sind Kleine und Mittelständische Unternehmen 64 Universitäten, 107 Institute und 94 Verbände sind beteiligt 33.000 Personen werden regelmäßig über die Arbeit der EnergieAgentur.NRW informiert 5200 Personen arbeiten in den Arbeitsgruppen und Netzwerken mit Folie 4 Energiesysteme in Vergleich Geothermie – Potentiale, Trends und Techniken, 03.12.2013 Leonhard Thien Netzwerk Geothermie NRW Ziele Strategieentwicklung zur Bekanntmachung und zum Ausbau der Geothermie Austausch von Informationen um gemeinsam Ideen weiterzuentwickeln Initiierung von Projekten Kompetenzausbau in der Geothermiebranche Erschließung neuer Märkte Sicherung und nachhaltige Schaffung von Arbeitsplätze Ansiedlung von Unternehmen Intensivierung der nationalen und internationalen Zusammenarbeit Netzwerkleiter: Leonhard Thien Folie 5 Energiesysteme in Vergleich Geothermie – Potentiale, Trends und Techniken, 03.12.2013 Leonhard Thien Inhalt EnergieAgentur.NRW, Netzwerk Geothermie NRW Einführung in das Thema Oberflächennahe Geothermie Allgemeines Anlagentechnik Beispiele Tiefe Geothermie Allgemeines Anlagentechnik Beispiele Perspektiven Folie 6 Energiesysteme in Vergleich Geothermie – Potentiale, Trends und Techniken, 03.12.2013 Leonhard Thien Der Strommix in Deutschlandin Stand 2012 Folie 7 Energiesysteme in Vergleich Geothermie – Potentiale, Trends und Techniken, 03.12.2013 Leonhard Thien Anteile EE am Endenergieverbrauch in 2011 und 2012 Anteile erneuerbarer Energien am Energieverbrauch in den Bereichen Strom, Wärme und Kraftstoffe in den Jahren 2011 und 2012 25 4,7 20 Anteile in [%] 3,2 15 Wasserkraft Windenergie Biomasse Biokraftstoffe Photovoltaik Solarthermie Geothermie 6,9 6,2 0,5 10 0,4 0,5 0,4 7,7 8,1 5 9,5 2,9 3,6 2011 (20,5 %) 2012 (22,9 %) 9,5 5,5 5,5 2011 (5,5 %) 2012 (5,5 %) 0 Strom * 2011 (10,4 %) 2012 (10,4 %) Wärme * Kraftstoff * Biomasse: Feste und flüssige Biomasse, Biogas, Klär- und Deponiegas, biogener Anteil des Abfalls; aufgrund geringer Strommengen ist die Tiefengeothermie nicht dargestellt; Abweichungen in den Summen durch Rundungen; Quelle: BMU - E I 1 nach Arbeitsgruppe Erneuerbare Energien-Statistik (AGEE-Stat); Hintergrundbild: BMU / Dieter Böhme; Stand: Februar 2013; Angaben vorläufig Quelle: BMU/AGEE-Stat, Folie 8 Energiesysteme in Vergleich Geothermie – Potentiale, Trends und Techniken, 03.12.2013 Leonhard Thien Stromerzeugung in D aus EE in 2012 Struktur der Strombereitstellung aus erneuerbaren Energien in Deutschland im Jahr 2012 Gesamt: 136,1 TWh Windenergie: 33,8 % Wasserkraft: 15,6 % biogener Anteil des Abfalls: 3,6 % Deponiegas: 0,4 % Photovoltaik: 20,6 % Klärgas: 1,0 % Biogas: 15,1 % biogene flüssige Brennstoffe 1): 0,8 % biogene Festbrennstoffe: 9,2 % 2) Biomasseanteil : 30 % 1) Inklusive Pflanzenöl; 2) Feste und flüssige Biomasse, Biogas, Klär- und Deponiegas, biogener Anteil des Abfalls; aufgrund geringer Strommengen ist die Tiefengeothermie nicht dargestellt; 1 TWh = 1 Mrd. kWh; Abweichungen in den Summen durch Rundungen; Quelle: BMU - E I 1 nach Arbeitsgruppe Erneuerbare Energien-Statistik (AGEE-Stat); Stand: Februar 2013; Angaben vorläufig Quelle: BMU/AGEE-Stat Folie 9 Energiesysteme in Vergleich Geothermie – Potentiale, Trends und Techniken, 03.12.2013 Leonhard Thien Wärmebereitstellung in D aus EE in 2012 Struktur der Wärmebereitstellung aus erneuerbaren Energien in Deutschland im Jahr 2012 biogene Festbrennstoffe (Haushalte): 51,2 % Gesamt: 144,3 TWh oberflächennahe Geothermie: 4,7 % tiefe Geothermie: 0,2 % Solarthermie: 4,2 % biogene Festbrennstoffe (Industrie): 18,4 % biogene Festbrennstoffe biogener Anteil des biogene flüssige Klärgas: (HW/HKW): Abfalls: 0,8 % Brennstoffe 1): 4,9 % 5,8 % 1,9 % Biogas: Deponiegas: 7,8 % 0,2 % Biomasseanteil 2) : 91 % 1) Inklusive Pflanzenöl; 2) Feste und flüssige Biomasse, Biogas, Klär- und Deponiegas, biogener Anteil des Abfalls; 1 TWh = 1 Mrd. kWh; Quelle: BMU - E I 1 nach Arbeitsgruppe Erneuerbare Energien-Statistik (AGEE-Stat); Abweichungen in den Summen durch Rundungen; Stand: Februar 2013; Angaben vorläufig Quelle: BMU/AGEE-Stat Folie 10 Energiesysteme in Vergleich Geothermie – Potentiale, Trends und Techniken, 03.12.2013 Leonhard Thien Warum Geothermie ? Strom und Wärme Grundlaststrom (grundlastfähig) Umweltfreundlich Versorgungssicher (keine Brennstoffe) Unerschöpfliches Reservoir Keine Brennstoffkosten, Keine schwankenden Brennstoffkosten Heimische Energiequelle Wertschöpfung bleibt in der Region Folie 11 Energiesysteme in Vergleich Geothermie – Potentiale, Trends und Techniken, 03.12.2013 Leonhard Thien Aufbau der Erde Geothermischer Gradient: Durchschnitt: 3° / 100m Folie 12 Energiesysteme in Vergleich Geothermie – Potentiale, Trends und Techniken, 03.12.2013 Leonhard Thien Quantifizierung der Wärmebilanz absoluter Wärmestrom der Erde: 42*1012 W 42*1.000.000.000.000 W 1*100 W Glühbirne 1*1.000.000 W Windkraftanlage 5*100.000.000 W Kohlekraftwerk 1*1.000.000.000 W Kernkraftwerk ≈ 42.000 Kernkraftwerke Quelle: Stacey&Looper Folie 13 Energiesysteme in Vergleich Geothermie – Potentiale, Trends und Techniken, 03.12.2013 Leonhard Thien Geothermie: Nutzungsangebot Teufe 1 km Oberflächennahe Nutzung 400 m Technologien Energienutzung Erdwärmekollektor Erdwärmesonde Wärmepumpen Tiefe Erdwärmesonde 2 km Direkte Wärmenutzung Hydrothermale Lagerstätten 3 km Tiefengeothermie Stromerzeugung 4 km EGS (Enhanced Geothermal Systems) 5 km Folie 14 Energiesysteme in Vergleich Geothermie – Potentiale, Trends und Techniken, 03.12.2013 Leonhard Thien Inhalt EnergieAgentur.NRW, Netzwerk Geothermie NRW Einführung in das Thema Oberflächennahe Geothermie Allgemeines Anlagentechnik Beispiele Tiefe Geothermie Allgemeines Anlagentechnik Beispiele Perspektiven Folie 15 Energiesysteme in Vergleich Geothermie – Potentiale, Trends und Techniken, 03.12.2013 Leonhard Thien Nutzung der oberflächennahen Geothermie Bereitstellung von Wärme Schwerpunkt: Beheizung von Gebäuden i.d.R unter Einsatz von Wärmepumpen untergeordnet: Eisfreihaltung von Verkehrsflächen, Landwirtschaft und Fischzucht, Schwimmbadbeheizung Bereitstellung von Kälte Klimatisierung von Gebäuden Direkte Kühlung Aktive Kühlung unter Einsatz von Wärmepumpen/Kältemaschinen Wärme- und Kältespeicherung Saisonale Speicherung Einspeicherung von solarer Wärme bzw. Abwärme aus Industrie- und Kraftwerksprozessen Folie 16 Energiesysteme in Vergleich Geothermie – Potentiale, Trends und Techniken, 03.12.2013 Leonhard Thien Oberflächennahe Geothermie Erdwärmekollektoren Erdwärmesonde Erdwärmekollektoren 75 % der Heizenergie liefert die Erde kostenlos! Folie 17 Energiesysteme in Vergleich Geothermie – Potentiale, Trends und Techniken, 03.12.2013 Leonhard Thien Potentialkarte der oberflächennahen Geothermie Folie 18 Energiesysteme in Vergleich Geothermie – Potentiale, Trends und Techniken, 03.12.2013 Leonhard Thien Geothermische Ergiebigkeit Folie 19 Energiesysteme in Vergleich Geothermie – Potentiale, Trends und Techniken, 03.12.2013 Leonhard Thien Abteufen einer Bohrung Folie 20 Energiesysteme in Vergleich Geothermie – Potentiale, Trends und Techniken, 03.12.2013 Leonhard Thien Einbringen einer Erdwärmesonde 21 Folie 21 Energiesysteme in Vergleich Geothermie – Potentiale, Trends und Techniken, 03.12.2013 Leonhard Thien Prinzip einer Wärmepumpe Folie 22 Energiesysteme in Vergleich Geothermie – Potentiale, Trends und Techniken, 03.12.2013 Leonhard Thien Excenterhaus in Bochum Hochbaubunker, Bj. 1941) Geothermische Energieversorgung des Exzenterhauses an der Universitätsstraße in Bochum Folie 23 Energiesysteme in Vergleich Geothermie – Potentiale, Trends und Techniken, 03.12.2013 Leonhard Thien Excenterhaus in Bochum 33 Sonden Jede ca. 150 m lang 9 m Abstandsraster Heizen 204 MWh/a Kühlen 115 MWh/A Folie 24 Energiesysteme in Vergleich Geothermie – Potentiale, Trends und Techniken, 03.12.2013 Leonhard Thien Kombinierte Wärme- und Kälteversorgung Startpunkt: Ungestörte Untergrundtemperatur von 8°C – 12°C Winter: Untergrund dient als Wärmequelle für den Heizfall Frühling: Untergrund dient als Kältespeicher bei ca. 4°C – 8°C Sommer: Untergrund dient als Wärmesenke für den Kühlfall Herbst: Untergrund dient als Wärmespeicher bei ca. 12°C – 16°C Folie 25 Energiesysteme in Vergleich Geothermie – Potentiale, Trends und Techniken, 03.12.2013 Leonhard Thien Projekte Duisburg - Berufskolleg Heizleistung 1.060 kW Kälteleistung 1.050 kW Warmwasserleitung 155 kW 12 Sondenfelder mit 180 Sonden durchschnittlicher Tiefe von 135m Köln-Niehl ca. 400 Wohnungen ca. 1,7 MW, Heizen und Kühlen Uni Bochum (ID Gebäude) Heizleistung 2x 500 kW Fernwärmeanschluss Kälteleistung 2x 385 kW Passive Kühlung Bonn Kameha Grand Hotel und Bürogebäude ca. 970 MW, Heizen und Kühlen Folie 26 Energiesysteme in Vergleich Geothermie – Potentiale, Trends und Techniken, 03.12.2013 Leonhard Thien Inhalt EnergieAgentur.NRW, Netzwerk Geothermie NRW Einführung in das Thema Oberflächennahe Geothermie Allgemeines Anlagentechnik Beispiele Tiefe Geothermie Allgemeines Anlagentechnik Beispiele Perspektiven Folie 27 Energiesysteme in Vergleich Geothermie – Potentiale, Trends und Techniken, 03.12.2013 Leonhard Thien Mitteltiefe Geothermie Tiefe Erdwärmesonde zur Beheizung des Freizeitbads Arnsberg 2.830 m tiefe Bohrung 250 bis 350 kW Wärmemenge ca. 2,1 GWh Temperatur: ca. 55°C Zeche Robert Müser, Bochum Nutzung des Grubenwassers, ca. 20°C 3x90kW Wärmepumpen (55-60°C) Beheizung der Feuerwache und Schule Potential: evtl. Ruhr Park Schacht Auguste Victoria Marl Versorgung von 4 Sechs-Familienhäuser Nutzung einer vorhandenen Steigleitung Erdwärmenutzung über eine Sonde ca. 700m tief Folie 28 Energiesysteme in Vergleich Geothermie – Potentiale, Trends und Techniken, 03.12.2013 Leonhard Thien Inhalt EnergieAgentur.NRW, Netzwerk Geothermie NRW Einführung in das Thema Oberflächennahe Geothermie Allgemeines Anlagentechnik Beispiele Tiefe Geothermie Allgemeines Anlagentechnik Beispiele Perspektiven Folie 29 Energiesysteme in Vergleich Geothermie – Potentiale, Trends und Techniken, 03.12.2013 Leonhard Thien Erstes Geothermiekraftwerk In Larderello wird schon seit 1904 Strom aus Erdwärme erzeugt Folie 30 Energiesysteme in Vergleich Geothermie – Potentiale, Trends und Techniken, 03.12.2013 Leonhard Thien Plattentektonik und geothermische Felder Folie 31 Energiesysteme in Vergleich Geothermie – Potentiale, Trends und Techniken, 03.12.2013 Leonhard Thien Geothermische Aktivitäten Folie 32 Energiesysteme in Vergleich Geothermie – Potentiale, Trends und Techniken, 03.12.2013 Leonhard Thien Tiefe Geothermie Vulkanische Gebiete / Geothermie-Felder Folie 33 Energiesysteme in Vergleich Geothermie – Potentiale, Trends und Techniken, 03.12.2013 Leonhard Thien Folie 34 Energiesysteme in Vergleich Geothermie – Potentiale, Trends und Techniken, 03.12.2013 Leonhard Thien Folie 35 Energiesysteme in Vergleich Geothermie – Potentiale, Trends und Techniken, 03.12.2013 Leonhard Thien Geothermiekraftwerke Süddeutschland Geothermiekraftwerk Insheim 2 Bohrungen ca. 3600 m tief Temperatur ca. 165 °C Leistung 4,8 MW elek. Folie 36 Geothermiekraftwerk Unterhaching 2 Bohrungen 3400 m tief (3800 m (Injek.) Temperatur ca. 130 °C Leistung: 3,4 kW el. und 38 – 47 kW th. Energiesysteme in Vergleich Geothermie – Potentiale, Trends und Techniken, 03.12.2013 Leonhard Thien Inhalt EnergieAgentur.NRW, Netzwerk Geothermie NRW Einführung in das Thema Oberflächennahe Geothermie Allgemeines Anlagentechnik Beispiele Tiefe Geothermie Allgemeines Anlagentechnik Beispiele Perspektiven Folie 37 Energiesysteme in Vergleich Geothermie – Potentiale, Trends und Techniken, 03.12.2013 Leonhard Thien Absatzzahlen in Deutschland 2006-2012 2012 in Betrieb: Deutschland NRW 500.000 100.000 (Quelle: BWP) Folie 38 Energiesysteme in Vergleich Geothermie – Potentiale, Trends und Techniken, 03.12.2013 Leonhard Thien bis 2030 2,0 Mio Wärmepumpen in Deutschland 400.000 Wärmepumpen in NRW (Quelle: BWP) Folie 39 Energiesysteme in Vergleich Geothermie – Potentiale, Trends und Techniken, 03.12.2013 Leonhard Thien Potentiale in Deutschland Oberflächennahe Geothermie Wärme Folie 40 Tiefe Geothermie Strom/Wärme Theoretische Potentiale Technische Umsetzungspotentiale Groß, fast überall machbar Groß, Stand der Technik Groß, fast überall machbar ca. 20 Projekte (hydrothermal) sind bereits umgesetzt, ca. 20 in Bau, weitere 40 in Planung (2013) große Entwicklungspotentiale bei EGS-Projekten Marktpotentiale Groß, Einsatz jetzt schon bei ca. 15% aller Neubauten Kombination mit Gebäudekühlung Vorhanden, noch nicht abschätzbar Akzeptanz groß Im Süddeutschland groß, teilw. Hemmnisse aufgrund Bürgerbefindlichkeiten Einschätzung Oberflächennahe Geothermie in Verbindung mit Wärmepumpen ist eine Erfolgsgeschichte mit großen Zuwachsraten Noch hohes Entwicklungspotential, die Kostensenkungspotentiale müssen ausgeschöpft werden. Bei EGS-Pilotprojekten muss exemplarisch die Funktionalität aufgezeigt werden und die Akzeptanz muss verbessert werden. Energiesysteme in Vergleich Geothermie – Potentiale, Trends und Techniken, 03.12.2013 Leonhard Thien Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Leonhard Thien EnergieAgentur.NRW Lennershofstraße 140 44801 Bochum Telefon: 0234 / 32 10715 E-Mail: [email protected] Internet: www.energieagentur.nrw.de Folie 41 Energiesysteme in Vergleich Geothermie – Potentiale, Trends und Techniken, 03.12.2013 Leonhard Thien
