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Das Hot-Dry-Rock-Verfahren


Der Wärmeinhalt des tiefen Untergrundes im Bereich zwischen etwa 4000 und 7000 m bietet das mit Abstand größte Energiepotenzial der oberen Erdkruste, das mit der heutigen Bohrtechnik erschlossen werden kann.

 

Das Haupthindernis für die Nutzung dieses praktisch unerschöpflichen Energiepotenzials ist die niedrige Durchlässigkeit des Speicher-

gesteins.

 

Als Speichergesteine werden bei den bisherigen Projekten hauptsächlich Granit und Gneis verwendet. Der Schlüssel zur Nutzung dieser Energiequelle liegt daher in einem Verfahren begründet, mit dem man die Gesteins­durchlässigkeit (Permeabilität) durch Schaffung großflächiger Risssysteme erhöht. Dieses Verfahren wird als Hot-Dry-Rock Verfahren (HDR-Verfahren) oder auch als Engeneered Geothermal System (EGS) bezeichnet.

 

Erste Versuche zur Erschließung des Potenzials wurden in den 70er Jahren in den USA durchgeführt. Es folgten weitere Versuche in England, Japan und Frankreich.

 

In den Versuchsanlagen konnte mit installierten thermischen Leistungen von 5 bis 10 MW und erreichten Temperaturen des Thermalwassers von ca. 200 °C gezeigt werden, dass dieses Energiepotenzial grundsätzlich technisch erschließbar und damit auch nutzbar ist.

 

Wegen der noch im Versuchsstadium (technischer Maßstab) befindlichen Technik und der erst vor kurzer Zeit thematisierten Nutzbarmachung der heißen tiefen Gesteine ist die Abschätzung der technisch nutzbaren Potenziale noch mit großer Unsicherheit behaftet.

 

Das theoretische Potenzial der HDR-Technologie wird für die Fläche der BRD und einer Tiefe von etwa 10.000 m auf ca. 1025 J geschätzt. Das übersteigt den Energieverbrauch in Deutschland um Größenordnungen.

 

Für die Abschätzung des technisch nutzbaren Potenzials muss jedoch berücksichtigt werden, dass in Gegenden mit geothermisch nicht geeignetem Untergrund eine Nutzung des Wärmepotenzials nicht realisiert werden kann.

 

In der Literatur wird zu diesem Thema abschließend eine 50 %ige technisch mögliche Nutzung des theoretischen Potenzials angegeben. Die Tiefe der Bohrungen begrenzt dabei die Nutzungsmöglichkeiten heißer trockener Gesteine nicht (im Rahmen des bohrtechnisch Machbaren).

 

Da das HDR-Verfahren sich weltweit noch in der Versuchsphase befindet, ist eine Ausweitung der Potenziale durchaus möglich.

 

Zunächst muss eine Bohrung in eine vom Gradienten abhängige ausreichende Tiefe eingebracht werden, um ein Temperaturniveau von 150 bis 200 °C zu erreichen. Durch Einpressen von Wasser unter hohem Druck wird dann in dieser Tiefe ein Risssystem erzeugt.

 

Die Risse haben eine Öffnungsweite von Zehntel Millimetern, bestenfalls wenigen Millimetern. Durch die Risserzeugung stieg die Produktivität der Förderbohrungen in den bisherigen Forschungs-

projekten um mehr als das Zwanzigfache an und erreichte damit wirtschaftlich interessante Werte.

 

Durch eine eingebrachte zweite Bohrung (Injektionsbohrung) wird kaltes Wasser in die Lagerstätte eingebracht. Das kalte Wasser fließt durch die geschaffenen Risse, die als unterirdische Wärmetauscher fungieren, und erhitzt sich dabei. Durch die erste Bohrung (Produktionsbohrung) wird dann das heiße Thermalwasser an die Oberfläche gefördert.

 

Die dazu notwendigen Hochdruckpumpen werden zur Kosten-

reduzierung meist oberirdisch installiert. An der Erdoberfläche kann das heiße Wasser bzw. der Wasserdampf zur Wärmebereitstellung oder auf Grund der hohen Temperaturen auch zur Stromerzeugung genutzt werden.




Schema einer Hot-Dry-Rock Anlage (Quelle: Stadtwerke Bad Urach)