Geothermie

Anwendungen der Geothermie

Anwendungen der Geothermie

Geothermie ist weltweit eine langfristige Energiequelle. Mit der geothermischen Energie, die in den oberen drei Kilometern der Erdkruste gespeichert ist, könnte theoretisch der aktuelle Energiebedarf für mehr als 100.000 Jahre gedeckt werden. Allerdings ist nur ein kleiner Teil dieser Energie technisch nutzbar und die Auswirkungen auf die Erdkruste bei extensiver Wärmeabfuhr sind noch nicht geklärt.

Bei der Nutzung der Geothermie wird zwischen der direkten Nutzung, also der Nutzung von Wärme an sich, und der indirekten Nutzung, der Nutzung zur Umwandlung in Strom in einem Geothermiekraftwerk, unterschieden. Mit Hilfe von Restriktionen können Sie auch Wärme und Strom kombinieren, um die Effizienz zu optimieren. In dünn besiedelten Gebieten oder an Standorten von Kraftwerken, die weit entfernt von Siedlungen mit Wärmebedarf liegen, ist es schwierig, KWK-Verfahren durchzuführen.

Direkte Nutzung der Geothermie

Die ersten Anwendungen finden sich in den Bädern des Römischen Reiches, des Mittleren Reiches der Chinesen und der Osmanen für den Bau von Spas.

In Chaudes-Aigues, im Zentrum Frankreichs, befindet sich das erste historische Erdwärmenetz des Bezirks aus dem 14. Jahrhundert.

Heute gibt es viele Anwendungen für geothermische Energie in Industrie, Handwerk und in Wohngebäuden.

Heizen und Kühlen mit Erdwärme

Für die meisten Anwendungen werden nur relativ niedrige Temperaturen benötigt. Aus Tiefengeothermie können oft die erforderlichen Temperaturen direkt zur Verfügung stehen. Wenn dies nicht ausreicht, kann die Temperatur mit Wärmepumpen erhöht werden, wie es oft bei oberflächennaher Geothermie der Fall ist.

In Bezug auf Wärmepumpen wird Geothermie im Allgemeinen zum Heizen und Kühlen von Gebäuden sowie zur Warmwasserbereitung verwendet.

Alternativ natürliche Kühlung, wo die Wassertemperatur von der flachen Oberfläche, die die Durchschnittstemperatur des Aufstellungsort verwendet wird direkt um das Gebäude zu kühlen ist (ohne die Verwendung einer Wärmepumpe). Diese natürliche Kühlung hat das Potenzial, Millionen von elektrischen Klimaanlagen weltweit zu ersetzen.

Eine weitere direkte Anwendung besteht darin, das Einfrieren von Brücken, Straßen oder Flughäfen zu vermeiden. Auch hier wird keine Wärmepumpe benötigt. Dazu gehört die Verlegung frostfreier Wasserrohre.

Für die Nutzung von Wärme in heißen Quellen der Geothermie wird Tiefwasser bei Temperaturen zwischen 40 und 150 ° C verwendet. Thermalwasser wird üblicherweise aus einer Tiefe von 1.000 bis 4.500 Metern durch einen Brunnen an die Oberfläche gebracht, und es überträgt den größten Teil seiner Wärmeenergie durch einen Wärmetauscher an einen zweiten Kreislauf des "sekundären" Heizungsnetzes. Dann wird es abgekühlt und durch ein zweites Loch mit einer Pumpe auf dem Boden, in der Schicht, aus der es extrahiert wurde, gepresst.

Erzeugung elektrischer Energie durch Geothermie

Brunnen der Geothermie Für die Stromerzeugung wurde in Larderello in der Toskana erstmals Erdwärme genutzt. Graf Piero Ginori Conti baute dort 1913 ein Kraftwerk, in dem Dampfturbinen 220 kW elektrische Energie erzeugten. Heute sind rund 750 MW elektrische Leistung installiert. In der Toskana ist das Magma relativ nahe an der Oberfläche. Dieses heiße Magma erhöht die Temperatur des Bodens so stark, dass eine Nutzung von Geothermie wirtschaftlich möglich ist.

Bei der Erzeugung von hydrothermaler Energie werden Wassertemperaturen von mindestens 80ºC benötigt. Hydrothermale Ablagerungen von heißem und trockenem Wasserdampf mit Temperaturen über 150 ° C können direkt zum Antrieb einer Dampfturbine genutzt werden.

Lange Zeit wurde Thermalwasser ausschließlich zur Wärmeversorgung im Baubereich verwendet. Die neu entwickelten Organic Rankine Cycle (ORC) -Anlagen erlauben die Nutzung von Temperaturen über 80 ° C zur Erzeugung elektrischer Energie. Diese arbeiten mit einem organischen Medium, das bei relativ niedrigen Temperaturen verdampft. Dieser organische Dampf treibt den Generator der Energie durch eine Turbine an. Die Flüssigkeiten für den Zyklus sind teilweise brennbar oder giftig. Eine Alternative zur ORC-Methode ist die Kalina-Methode.

Für Systeme in einem kleineren Leistungsbereich (<200 kW) ist es auch möglich, Motoreinheiten wie Stirlingmotoren zu konstruieren.

Die Erzeugung von Strom aus Tiefengeothermie ist basisch und kontrollierbar, in bestehenden Anlagen werden oft mehr als 8.000 Betriebsstunden pro Jahr erreicht.

Stromerzeugung durch hochgradige Vorkommen

Die Erzeugung von Strom aus geothermischer Energie wird traditionell in Ländern mit hohen Enthalpie-Lagerstätten durchgeführt, wo in relativ geringen Tiefen (<2000 m) Temperaturen von mehreren hundert Grad Celsius auftreten.

Je nach Druck und Temperatur können die Ablagerungen von Wasser oder Dampf dominiert sein. In modernen Produktionstechniken werden Kühlflüssigkeiten erneut injiziert, so dass praktisch keine negativen Umwelteinflüsse auftreten, wie beispielsweise der Geruch von Schwefelverbindungen.

Stromerzeugung durch Einlagen Niederenthalpiel

In den Niederenthalpiel-Lagerstätten ist die durch die niedrige Temperatur mögliche maximale Energieausbeute zwischen Vorlauf und Rücklauf geringer als bei den Hochenthalpiel-Lagerstätten.

Die optimale Wahl der Arbeitsflüssigkeit (z. B. der Kalina-Prozess mit Ammoniak) versucht, den Abstand zwischen den Vor- und Rücklauftemperaturen effizienter zu nutzen. Es muss jedoch berücksichtigt werden, dass die Sicherheitsanforderungen für den Umgang mit Ammoniak anders sein können als bei der Verwendung verschiedener organischer Arbeitsmittel.

Eigener Stromverbrauch, insbesondere für die Versorgung von Umwälzpumpen im Thermalwasserkreislauf, kann in diesen Anlagen bis zu 25% der erzeugten Strommenge betragen.

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Geändert am: 4. April 2018