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Neues von Air Liquide

Geothermie: Ein neues Verfahren senkt die Betriebskosten

Dienstag 02 Apr 11:25 - Forschung

Die Erdwärme zur Strom- und Wärmeerzeugung zu nutzen, ist ein seit langem verfolgtes Ziel von Ingenieuren. In vielen Teilen der Welt wird diese Technologie schon eingesetzt und weiter erforscht. Auch in Deutschland ist die Geothermie im Einsatz - und Air Liquide unterstützt dabei mit fachlichem Know-how die Weiterentwicklung. Den ALTEC-Ingenieuren ist es nun gelungen, das Verfahren entscheidend zu verbessern und dabei die Betriebskosten drastisch zu senken.

Die Energiewende in Deutschland schreitet voran. Immer mehr regenerative Energiequellen wie Solar- oder Windparks entstehen und liefern ihren Beitrag zur Reduktion der CO2-Emissionen in der Energieerzeugung. Nach Abkehr von der nuklearen Stromerzeugung kristallisiert sich aktuell auch der schnellere Ausstieg aus der Braunkohleverstromung heraus. Daraus ergibt sich die Herausforderung, weitere regenerative Energiequellen zu erschließen, um langfristig Lücken in der Energieversorgung zu vermeiden.

Einen Beitrag dazu können zukünftig auch vermehrt Geothermie-Kraftwerke in Deutschland leisten. Bisher sorgten aber die hohen Wartungskosten der Anlagen für einen nicht konkurrenzfähigen Energiepreis.

Insbesondere in Bayern herrscht eine lange Tradition bei der Nutzung der Geothermie. Neben der Thermalbadnutzung stehen schon seit vielen Jahren Projekte wie das Geothermie-Kraftwerk Traunreut im Fokus. Hier wird der technische Einsatz der Technologie praktisch erprobt und weiterentwickelt. Auch Air Liquide beteiligt sich seit Ende 2017 an diesem Projekt.

Hohe Vorgaben vom Gesetzgeber

Die Geothermie schaffte es in der Vergangenheit immer wieder in die Schlagzeilen, da es zu lokalen Erdbeben – den sogenannten Erdschlägen – kam, die auf den Betrieb der Anlagen zurückzuführen waren.

Der Gesetzgeber erließ daher hohe Vorgaben für die Betreiber. Es dürfen beispielsweise keine Änderungen im Erdreich stattfinden. Das heiße Wasser darf zwar gefördert werden, muss jedoch nach dem Energie-Erzeugungsprozess wieder ins Erdreich zurückgepumpt werden. Dabei dürfen sich beim Wasser keine chemischen Änderungen in der Zusammensetzung ergeben.

Beim Projekt in Traunreut lag der Fokus der ALTEC-Ingenieure bei der Behandlung des Wassers. „Das Thermalwasser enthält trotz seines hohen Reinheitsgrades eine Vielzahl von Inhaltsstoffen - wie Mineralien und Salze“, erklärt Jörg Schwerdt von der Air Liquide Deutschland GmbH.

Durch die chemische Zusammensetzung des Wassers sowie die Druckverhältnisse und Temperaturen zwischen 120 und 130 C° entstehen in den Pumpen und Wärmetauschen Kalziumkarbonat-Ablagerungen, die zu Beschädigungen führen oder den Erzeugungsprozess unterbrechen können.

„Dies war lange Zeit das Haupthindernis zur Nutzung dieser Ressource“, so Schwerdt.

„Durch die aufwendigen Reinigungsprozesse entstehen hohe Betriebskosten und Stillstandzeiten, die die Gesamtnutzung der thermalen Energie unwirtschaftlich machen."

Das Ziel der ALTEC-Ingenieure war es daher, die Reinigungszyklen deutlich zu verlängern und Kalziumkarbonat-Ablagerungen an den wichtigen Bauteilen zu verhindern. Als Experten rund um den Einsatz von CO2 wählten die Ingenieure einen herausfordernden Ansatz, das Gas als natürliches Lösungsmittel gegen Kalk einzusetzen.

„Wir wollten dem Thermalwasser so viel CO2 zusetzen, dass auch nach der Abkühlung durch die Energienutzung, die Löslichkeit des Kalkes nicht unterschritten wird. Interessant war dabei die Forderung vom Gesetzgeber, dass unser Gas die gleichen Eigenschaften haben muss, wie das bereits gelöste, natürliche CO2“,

so Schwerdt. Dabei hatte das ALTEC-Team Erfolg.

Den Nachweis über die Einhaltung der gesetzlichen Vorgaben erbrachte die Bergakademie Freiberg in Zusammenarbeit mit einem spezialisierten Labor. Eine Massenspektroskopie mittels Isotopenbestimmung führte zu dem Ergebnis, dass keine Änderungen bei der Zusammensetzung des Thermalwassers eintraten.

Der lange Weg zum Ziel

Das abgekühlte Thermalwasser wird nach dem Prozess in kontrollierter Güte in die Erdschichten zurückgeführt.

Das Ziel der ALTEC-Ingenieure um Ulrich Butz war eine vollständige Auflösung des Gases bei hohen Eingangstemperaturen - ohne Druckverluste zu erreichen.

Zur Erprobung des Verfahrens wurde das Projekt in zwei Testphasen aufgeteilt: Im Übertage-Testbetrieb wurde eine spezielle Düsenlanze (im Bereich der Wärmetauscher) eingesetzt, die in der Versuchsphase schrittweise angepasst wurde. „Wichtig war es, die richtige Austrittsgeschwindigkeit des Gases an der Düse zu regulieren, damit der gewünschte Effekt auch eintritt“, erklärt Schwerdt.

Hierbei kam auch das Know-how im Bereich der Steuerungstechnik von Air Liquide zum Tragen. Eine selbstregelnde, intelligente Steuerelektonik sorgte für eine schnelle Auswertung der Messparameter und die permanente Anpassung des Eindüsungsprozesses.

„Nach einem Jahr Laufzeit können wir davon ausgehen, dass die Entwicklung erfolgreich war“, so Ulrich Butz.

Es zeigte sich, dass sich in den Wärmetauschern keine Ablagerungen bildeten. „Für uns war es sehr wichtig, alle Anpassungen und Tests Übertage durchzuführen“, erklärt Schwerdt. „Beim Untertagebetrieb gibt es keine Möglichkeit, Korrekturen durchzuführen, da hierbei hohe Kosten und Unterbrechungen entstehen.”

Die zweite Projektphase erfolgt seit mehreren Monaten in einer Tiefe von 700 m.

„Aktuell testen wir den Einsatz der CO2-Eindüsung, um die Ablagerungen an den Schaufeln der Pumpen zu vermeiden. Bisher zeigen sich auch hier gute Ergebnisse. Die CO2-Eintragsdüse ist nicht verstopft“, so Schwerdt.

Der Untertage-Versuch wird noch bis Sommer 2019 durchgeführt, um weitere Erkenntnisse zu gewinnen.

Die Dosiertechnik wird mit der Messwarte sowie dem Kontrollraum verbunden.

Die Geothermie wird konkurrenzfähig

Das bisherige Fazit ist positiv. Die Performance der Tiefenförderpumpe bleibt konstant.

Hieraus lässt sich ableiten, dass die Flügelräder der Pumpe nicht mit Kalk-Ablagerungen belegt werden. Für den Einsatz in der Geothermie bedeutet dies eine deutliche Verlängerung der Reinigungszyklen und eine signifikante Energieeinsparung. Hierdurch steigt die Wirtschaftlichkeit der Gesamtanlage und auch die preisliche Konkurrenzfähigkeit zu anderen regenerativen Energiequellen.

„Derzeit gehen wir von einer Einsparung von etwa 1/3 der Kosten aus“,

so Schwerdt abschließend. Die restliche Projektlaufzeit werden die ALTEC-Ingenieure nun dazu nutzen, das Verfahren zu industrialisieren und weitere Einsatzmöglichkeiten zu finden.

Hintergrund zum Geothermie-Kraftwerk Traunreut

Traunreut ist aufgrund seiner Lage im Bayerischen Molassebecken ein hervorragender Standort für das geothermische Kraftwerk. Mit einer maximalen Erzeugungskapazität von 12 Megawatt (MW) thermisch, speist das Kraftwerk seit 2014 die erzeugte Wärme in das lokale Fernwärmenetz ein. 2016 fiel zudem der Startschuss für die zusätzliche Stromerzeugung. Bis zu 5 MW elektrische Energie werden in das allgemeine Stromnetz eingespeist. Durch diese technische Kombination werden 6500 Haushalte mit Strom versorgt und 2200 profitieren von der klimafreundlichen Wärmegewinnung.

Weitere Informationen: https://www.geothermie-traunreut.de/

Tags: Energiewende Nachhaltigkeit Lösung Innovation