Heating Technology Lexicon

Geothermal energy

Introduction to geothermal energy and its possible uses

Geothermal energy, also known as geothermal energy, offers an almost inexhaustible source of energy that can be used worldwide. It represents an important pillar in the field of renewable energies and is becoming increasingly popular, especially in heating technology.

Geothermal heating: near-surface and deep geothermal energy

Geothermal heating systems use the thermal energy of the earth to heat buildings and produce hot water. Depending on the depth and method of geothermal extraction, a distinction is made between near-surface and deep geothermal energy. In the near-surface variant, which reaches a depth of 400 meters, geothermal collectors or geothermal probes are popular means of exploiting the constant temperatures of the ground. Despite the depth of up to 100 meters, the temperature here remains relatively stable at around 10 °C.

Deep geothermal energy, on the other hand, which extends beyond these 400 meters, has the potential to generate not only heat but also electricity. In Germany, this technology is still in its infancy, but with increasing interest in renewable energies, progress and further developments in this direction can be expected.

What is geothermal energy and how does it work?

Geothermal energy describes the thermal energy that is stored in the earth. As the depth increases, so does the temperature. This natural heat source serves as the basis for geothermal heating systems. With the help of heat pumps, such as brine-water heat pumps, geothermal energy is made usable. These pumps use either geothermal collectors or geothermal probes to extract the heat from the ground and convert it for heating purposes. For deeper boreholes, which fall within the field of deep geothermal energy, special technologies and machines are used to exploit the full potential of geothermal energy.

Geothermal energy: advantages and disadvantages at a glance

Geothermal energy, often referred to as geothermal energy, uses the thermal energy of our planet. Since its formation, the earth has continuously radiated heat – an energy source that is made usable by modern geothermal technologies.

Advantages of geothermal energy

1. Inexhaustible source of energy: The heat stored in the Earth's interior, whether through radioactive decay processes or residual heat from the formation of the Earth, is infinite by human standards.
2. Good ecological balance: Geothermal energy is characterized by very low CO2 emissions. This makes it an environmentally friendly alternative to fossil fuels.
3. Economic and environmental benefits: Low operating costs, high efficiency and government subsidies make geothermal energy economically attractive. In addition, users benefit from low heating costs and an almost maintenance-free system.
4. Versatile use: In addition to heat generation, deep geothermal energy can also be used to produce electricity.
5. Independence from fossil fuels: No dependence on oil or gas prices and no energy-intensive fuel transport.

Disadvantages of geothermal energy

1. High installation costs: Drilling in particular can be associated with high costs. The exact costs can only be calculated after drilling.
2. Soil: The quality of the soil and rock must be suitable for a geothermal plant. In some areas, geological conditions may not be ideal.
3. Bodenfrost: In bestimmten Klimaregionen kann langanhaltender Bodenfrost die Effizienz der Anlage beeinträchtigen.
4. Genehmigungspflicht: Die Installation und der Betrieb einer Geothermieanlage sind in vielen Gebieten genehmigungspflichtig.
5. Erdbebenrisiko: Geothermische Bohrungen, insbesondere in der Tiefengeothermie, können geologische Erschütterungen verursachen, die im schlimmsten Fall zu leichten Erdbeben führen können.

Die Geothermie, trotz ihrer hohen Anfangsinvestitionen, stellt eine vielversprechende Technologie dar, vor allem angesichts der wachsenden Bedeutung von erneuerbaren Energien. Bei korrekter Planung und Durchführung kann die Geothermie ein nachhaltiges und umweltschonendes Heizsystem für Hausbesitzer bieten.

Geothermie: Kosten und Wirtschaftlichkeit

Die Nutzung der Geothermie als umweltfreundliche und erneuerbare Energiequelle bietet nicht nur ökologische, sondern auch wirtschaftliche Vorteile. Dennoch ist die Anfangsinvestition, besonders im Vergleich zu herkömmlichen Heizsystemen, höher. Die genauen Kosten und die Wirtschaftlichkeit hängen von verschiedenen Faktoren ab.

Kostenüberblick

1. Art der Wärmepumpe: Je nachdem, ob eine Wärmepumpe mit Erdkollektoren oder mit Erdwärmesonden verwendet wird, variieren die Kosten. Während Wärmepumpen mit Erdkollektoren meist kostengünstiger in der Anschaffung sind, können Erdwärmesonden aufgrund der Bohrung teurer sein.
2. Bohrung: Die Kosten für eine Bohrung sind nicht zu unterschätzen. Mit rund 50 Euro pro gebohrtem Tiefenmeter können die Kosten allein für eine 100 Meter tiefe Erdwärmesonde bei etwa 5.000 Euro liegen.
3. Zusätzliche Kostenfaktoren: Faktoren wie die Größe der Wohnfläche, der durchschnittliche Energieverbrauch, der Zustand des Hauses und mögliche Zusatzinstallationen können den Gesamtpreis beeinflussen. Die Gesamtkosten für eine Wärmepumpe mit Erdwärme liegen in der Regel zwischen 40.000 und 45.000 Euro.

Wirtschaftlichkeit

Die Wirtschaftlichkeit der Geothermie ist langfristig gesehen vorteilhaft:

1. Betriebskosten: Eine einmal installierte Geothermieanlage hat verhältnismäßig geringe laufende Betriebskosten. Es entfallen beispielsweise Kosten für Brennstoffe wie Gas oder Öl.
2. Förderprogramme: Staatliche Förderungen können die Anschaffungskosten einer Geothermieanlage reduziert werden. Dies macht die Investition besonders für Privathaushalte attraktiv.
3. Langfristige Einsparungen: Im Vergleich zu fossilen Brennstoffen kann die Geothermie auf lange Sicht zu erheblichen Einsparungen bei den Heizkosten führen.
4. Wertsteigerung der Immobilie: Eine moderne und umweltfreundliche Heiztechnologie kann den Wert einer Immobilie steigern.

Trotz der höheren Anfangsinvestitionen lohnt sich die Geothermie in vielen Fällen auf lange Sicht. Nicht nur die ökologischen Vorteile, sondern auch die wirtschaftlichen Einsparungen und staatlichen Förderungen tragen dazu bei.

Umweltauswirkungen der Tiefen Geothermie

Die Nutzung der tiefen Geothermie hat bemerkenswerte ökologische Vorteile. Insbesondere ist die Umwandlung von Erdwärme in Strom oder Nutzwärme nahezu frei von schädlichen Emissionen wie CO2, Russpartikeln und Stickoxiden. Allerdings sind mit dem Bau von Geothermieanlagen auch Emissionen durch Baumaterialien und Transport verbunden. Es ist daher wichtig, diese Emissionen durch sorgfältige Planung minimal zu halten.

Ein kritischer Aspekt bei der Geothermiebohrung ist die Präsenz von Kohlenwasserstoffen im Untergrund. Um Umweltschäden zu vermeiden, werden Techniken aus der Erdöl- und Erdgasindustrie angewendet. Bei der petrothermalen Geothermie werden Erschütterungen im Untergrund gezielt ausgelöst, um die Wärmeentnahme zu optimieren. Dabei ist Vorsicht geboten, um größere Erschütterungen zu vermeiden.

Dennoch ist der Betrieb von Geothermieanlagen grundsätzlich umweltfreundlich. Sie arbeiten in geschlossenen Kreisläufen, wodurch das Risiko von Umweltauswirkungen minimiert wird. Auch die notwendige Kühlung hat im Vergleich zu großen thermischen Kraftwerken geringe Auswirkungen auf die Umwelt. Untersuchungen des Umweltbundesamtes bestätigen, dass die Umweltauswirkungen der tiefen Geothermie begrenzt und beherrschbar sind, wobei die positiven Umwelt- und Klimaschutzeffekte überwiegen.

Planung und Installation von Geothermiebohrungen

Bei der Planung und Installation von Geothermiebohrungen und -sonden gibt es verschiedene Schritte, die eingehalten werden sollten, um sicherzustellen, dass die Anlage effizient und sicher funktioniert. Die detaillierten Vorgaben für diese Prozesse sind in der VDI 4640 festgehalten. Hier eine vereinfachte Übersicht der wichtigsten Schritte:

Important steps for the production of a geothermal borehole:

1. Preparation of the geothermal probe:
   • Checking the geothermal probes for possible damage.
   • Position the probe either on an unwind device or by laying it out.
2. Filling and draining into the hole:
   • Fill the probe with water to prevent it from floating.
   • Insert the probe and backfill pipe into the borehole.
3. Testing of the geothermal borehole:
   • Performing a pressure and flow test.
   • Complete filling of the annular space and final test with at least 6 bar.
4. Connection of the brine pipes:
   • Connecting the geothermal probes of the individual boreholes to the connecting pipes.
   • Installation of the manifold at the highest point of the system and filling of the geothermal probes with heat transfer medium ("brine").
5. Rinsing and pressure test:
   • Flushing the pipes until they are air-free.
   • Final pressure test at 1.5 times the operating pressure.

This careful approach ensures that the geothermal plant operates effectively and safely.