Green-Economy.de - Lexikon - Hydrothermale Stromerzeugung
Zur hydrothermalen Stromerzeugung werden natürlich vorkommende Heißwasser-Aquifere, also Gesteinsschichten mit Hohlräumen, genützt. Diese kommen in einer Tiefen von 2.000 bis 4.000 Meter vor.
Das dort vorgefundene Thermalwasser muss zur wirtschaftlichen Nutzung eine Temperatur von mindestens 80 °C bis 100 °C aufweisen. Während bei den Verfahren der petrothermalen Geothermie Wasser zur Erhitzung in die entsprechenden Gesteinsschichten eingepumpt werden muss, ist bei der hydrothermalen Stromerzeugung das benötigte Medium in Form von heißem Thermalwasser bereits vorhanden.
Ebenso werden natürlich vorkommende hydrothermale Trockendampf- und Heißdampfvorkommen zur Stromerzeugung herangezogen. Diese erreichen Temperaturen bis zu 250 °C. Diese Vorkommen stehen unter einem hohen Druck. Eine Druckabbau wird durch das Anbohren der Lagerstätte erreicht. Durch die Bohrung entweicht trockener Dampf oder ein Dampf-Wasser-Gemisch, das direkt zur hydrothermalen Stromerzeugung genutzt wird. Heißdampffelder sind der attraktivste Standpunkt zur geothermischen Stromerzeugung.
Nach Ihrer Leitung an die Erdoberfläche zirkulieren der hydrothermale Heißdampf, der hydrothermale Trockendampf oder das geförderte Thermalwasser innerhalb eines geschlossenen Kreislaufs. Die enthaltene Wärme wird dabei mittels Wärmetauscher an einen Wärmeträger abgegeben. Der Wärmeträger befindet sich ebenso in einem geschlossenen Kreislauf und dient nun entweder zur Wärmeerzeugung oder zum Antrieb einer Turbine und somit zur hydrothermalen Stromerzeugung. Sind der Heißdampf, der Trockendampf oder das Thermalwasser im ersten Kreislauf ausgekühlt, so werden sie zurück in jene Schicht geleitet, aus der sie ursprünglich entnommen wurden.
Für den Direktantrieb von Turbinen zur hydrothermalen Stromerzeugung sind Trocken- oder Heißdampfvorkommen mit einer Temperatur von über 150 °C notwendig. Die Temperaturen der in Deutschland üblicherweise vorkommenden geologischen Warmwasservorkommen liegen jedoch zumeist unter diesen Werten. Organic-Ranking-Cycle-Anlagen (ORC) sowie der Kalina-Kreisprozess ermöglichen eine Nutzung bereits ab Temperaturen von 80 °C.
Beim ORC-Verfahren werden die Turbinen zu Stromerzeugung anstelle von Wasserdampf mit R 134a, das auch 1,1,1,2-Tetrafluorethan oder Tetrafluorethan genannt wird, angetrieben. Dieses beinahe geruchslose und gänzlich farblose Gas kann durch Druck leicht verflüssigt werden. Das Grundprinzip einer ORC-Anlage basiert darauf, dass man organische Flüssigkeiten, die sich durch einen niedrige Verdampfungstemperatur auszeichnen, als Arbeitsmittel verwendet. In Deutschland kommen ORC-Turbinen in den Geothermiekraftwerken Landau und Neustadt-Glewe zum Einsatz, wo sie zur Stromerzeugung verwendet werden.
Alexander Kalina entwickelte das nach ihm benannte Verfahren, um die Nutzung von Thermalwasser zur Stromerzeugung bereits ab Temperaturen von 90 °C zu ermöglichen. Ein Gemisch aus Wasser und Ammoniak nimmt dabei die Wärme des bereits heißen Thermalwassers an. Das Gemisch verdampft bei niedrigeren Temperaturen als normales Wasser. Der solcherart gewonnen Dampf kann nun zum Antrieb einer Turbine genutzt werden. Der Vorteil des Verfahrens liegt hauptsächlich darin, dass bei geothermischen Kraftwerken zur Stromgewinnung die äußerst kostenintensiven Tiefenbohrungen nicht in solche Tiefen wie bei anderen Verfahren getrieben werden müssen. Ein Erdwärmekraftwerk, das dieses Verfahren verwendet, kann also bereits mit geringeren Bohrtiefen starten. Verglichen mit ORC-Anlagen kann der erreichte Wirkungsgrad um bis zu 60 Prozent höher liegen. In Deutschland kommt der Kalina-Kreisprozess im Geothermiekraftwerk Unterhaching zur Anwendung, das am 2. Juni 2009 seinen Betrieb aufnahm. Dort verfolgt man als Ziel die Energieversorgung von rund 10.000 Haushalten.