Fragen und Antworten zur geothermischen Fernwärme

Generell versteht man unter der Fernwärme die zentrale Versorgung von Wohngebäuden und Gewerbebauten mit Warmwasser und Heizwärme über Liegenschaftsgrenzen hinweg. Die Wärme wird dabei über Rohrleitungsnetze vom Versorger über Pump- und Übergabestationen an die Verbrauer geliefert. Die Einspeisung in das Gebäude erfolgt mittels einer Wärmeübergabestation, wo die Wärme dann zum Heizen und zur Warmwasserversorgung zur Verfügung steht. Das abgekühlte Wasser wird nach dem Wärmetausch wieder dem Fernwärmenetz zugeführt und zum Versorger geleitet.

Demnach handelt es sich beim Fernwärmenetz um ein geschlossenen Heizkreislauf.

Fernwärme ist platzsparend und wartungsarm. Verglichen mit fossilen Energieträgern entfallen der Heizkessel, der Tank und die Abgasanlage. Folglich fällt auch der Betriebs- und wartungsaufwand geringer aus.
Zudem kann Fernwärme unmittelbar genutzt werden, die Wärme muss also nicht erst durch Verbrennung im Haus erzeugt werden.
Kunden, die auf Fernwärme umstellen machen sich unabhängig von fossilen Energieträgern und damit von der Preisentwicklung auf den internationalen Energiemärkten. Außerdem unterstützen die Kund:innen den Ausbau der erneuerbaren Energien im Wärmebereich und sparen beim Heizen
CO2 ein.
Zuletzt birgt die Umstellung auf Fernwärme wirtschaftliche Vorteile, da im Vergleich zu anderen nachhaltigen Heizsystemen geringe Investitionskosten notwendig sind und die lokal erzeugte Wärme vergleichsweise preisstabil ist.

In einem Fernwärmenetz wird thermische Energie mithilfe erdverlegter, wärmegedämmter Rohre, den Fernwärmeleitungen, zum Endverbraucher geleitet, der damit heizt oder Warmwasser erzeugt. Dieser Fernwärmekreislauf ist unabhängig vom Heizkreis in den jeweiligen Gebäuden. Die hauseigene sogenannte "Wärmeübergabestation", dessen Herzstück ein Wärmetauscher ist, reguliert zunächst die Temperatur herunter und überträgt die Wärme anschließend von einem Kreislauf in den anderen.

Im Haus sorgt der Rücklauftemperaturbegrenzer dafür, dass die vom Versorger festgelegten Rücklauftemperaturen eingehalten werden. Um die Haushalte mit der benötigten Wärme zu beliefern, werden die Rücklauftemperaturen des Netzes und der Anschlussnehmer in den Technischen Anschlussbedingungen (TAB) festgelegt. Die Fernwärme wird „gleitend“ geliefert, das heißt die Vorlauftemperatur erhöht sich, wenn die Außentemperatur sinkt.

Die maximale Wärmeleistung der hauseigenen Wärmeübergabestation wird auch Anschlussleistung genannt. Diese wird für den kältesten Tag des Jahres berechnet, es wird also angegeben wie viel Wärme maximal benötigt wird, um die Temperatur im Haus bei rund 20 °C zu halten. Wird die Anschlussleistung, beispielsweise an warmen Tagen, nicht gebraucht, so wird nur der notwendige Teil der Leistung zur Verfügung gestellt.

Der Wirkungsgrad steigt, je kälter das Wasser im Fernwärmenetz am Kraftwerk wieder ankommt, denn umso mehr Wärme kann es im Anschluss wieder aufnehmen. Weiterhin reduziert es die Stromkosten, weil weniger Wasser durch den Kreislauf gepumpt werden muss.

 

Der Wärmeverlust innerhalb des Fernwärmenetzes liegt bei durchschnittlich fünf bis zwölf Prozent und ist damit vergleichsweise gering. Allerdings ist der Transport effizienter, umso kürzer die Rohrleitungen sind. Aus diesem Grund liegen die Verbraucher idealerweise in einem Umkreis von 20 Kilometern Entfernung um das Kraftwerk.

Abgelesen wird der Verbrauch am Wärmezähler. Diese Daten fließen in die Abrechnung des jeweiligen Anbieters ein – zusammen mit den Grundkosten und eventuellen Dienstleistungsgebühren. Abgerechnet wird, wie bei den meisten anderen Energieträgern auch, einmal im Jahr. Üblich können auch monatliche Abschlagszahlungen sein.

Wie hoch die Heizkosten bei Fernwärme sind, hängt vom örtlichen Fernwärmepreis und vom Verbrauch ab; der Verbrauch wiederum überwiegend vom Gebäudezustand (z.B. Neubau oder Altbau, großes oder kleines Gebäude) – aber auch vom individuellen Heizverhalten und Warmwasserbedarf.

Ausschlaggebend ist immer der Preis des örtlichen Versorgers. In Ballungsgebieten mit vielen Verbrauchern und kurzen Rohrleitungsnetzen kann die Kilowattstunde günstiger angeboten werden als in ländlichen Regionen mit langen Versorgungswegen.

Besonders die Wärmequelle, welche die Energie für das Fernwärmenetz liefert, spielt eine große Rolle. So kann die Geothermie eine deutlich preisstabilere Wärme liefern, als fossile Energierträger.

Erdwärme ist die im Erdinneren gespeicherte Wärme. Je nach Tiefe unterscheiden sich die Temperaturen stark: Durchschnittlich steigt in Deutschland die Temperatur um 3 °C pro 100 m, sodass in Tiefen von 3 km Temperaturen von rund 100 °C zu erwarten sind. Für den Erdkern werden Temperaturen von über 5000 °C vermutet. Die überwiegende Mehrheit, rund 99 % des Erdballs, ist heißer als 1000 ° C.

Der größte Teil der Wärme im Untergrund hat sich bei der Entstehung der Erde vor rund 4,6 Milliarden Jahren gebildet und ist bis heute vorhanden. So strömt aus dem Erdkern ständig Wärme zur Oberfläche. Pro Tag strahlt die Erde etwa viermal mehr Energie ab, als wir Menschen verbrauchen. Trotz andauernder Abstrahlung in den Weltraum wird der Wärmevorrat nicht aufgebraucht, da ein großer Teil der Wärme laufend durch den natürlichen Zerfall radioaktiver Isotope in der Erde erzeugt wird. 30 % des an die Oberfläche steigenden Energiestroms stammen aus dem heißen Erdkern, 70 % entstehen aus den ständigen Zerfallsprozessen. Letztere treten vorwiegend in sogenannten magmatischen Gesteinen (z. B. Graniten) und den daraus entstandenen Sandsteinen auf. In Kalksteinen – wie dem Malm-Aquifer – kommen radioaktive Isotope in äußerst geringen Konzentrationen vor. Hier wird hauptsächlich die aus dem Erdinneren aufsteigende Energie für die Wärmegewinnung genutzt.

 

Die Erdwärme Reserven können als unerschöpfliche Energiequelle angesehen werden.

Im Inneren der Erde ruhen nahezu unerschöpfliche Mengen an Wärmeenergie. Diese ist unabhängig von Wind und Wetter, sowie von Tages- und Jahreszeiten. Des Weiteren lassen sich durch deren Nutzung große Mengen an CO2 und anderen Treibhausgasen einsparen.
Die Erdwärme fällt daher in den Bereich der erneuerbaren Energien.

Theoretisch gesehen, ist Erdwärme an jedem Ort der Erde verfügbar. Ob eine wirtschaftliche Erschließung der Energieressource möglich ist, muss jedoch für jeden Standort neu evaluiert werden.

Erdwärme ist rund um die Uhr und an 365 Tagen im Jahr verfügbar. Im Gegenteil zu anderen erneuerbaren Energiequellen, wie Solar- und Windkraft ist die Geothermie unabhängig von Klima, Tages- und Jahreszeiten.

Um an die Ressource „Erdwärme“ zu gelangen, werden Tiefbohrungen benötigt. 

Ja. Erdwärme kann über Fernwärmeleitungen zu den Endverbraucher:innen transportiert werden. 

Geothermie bezeichnet die in der Erdkruste gespeicherte Wärmeenergie und deren ingenieurtechnische Nutzung. Diese kann zum Heizen, Kühlen und zur Stromerzeugung genutzt werden. 

Bei der Tiefengeothermie wird Erdwärme in Tiefen von mindestens 400 m unter Geländeoberkante genutzt. Bei Bohrungen oberhalb von 400 m Tiefe wird hingegen von oberflächennaher Geothermie gesprochen.

Die hydrothermale Geothermie ist ein Teilgebiet der Tiefen Geothermie. Hier wird das Heißwasservorkommen im tiefen Untergrund (unterhalb von 400 m) genutzt. Die Wärme aus dem Untergrund wird zusammen mit dem heißen Tiefenwasser entnommen.

Voraussetzungen für ein hydrothermales System ist das Vorhandensein einer ergiebigen wasserführenden Gesteinsschicht (Aquifer), welcher eine möglichst weite vertikale und laterale Verbreitung ausweisen sollte. 

Der Großraum München liegt im süddeutschen Molassebecken, das sich von der Donau bis zu den Alpen erstreckt. Unterhalb der hier charakteristischen Molasse-Gesteine liegt der sogenannte Malm-Aquifer, eine mit Wasser gefüllte Schicht. Hierbei handelt es sich um eine Gesteinsschicht, die nördlich der Donau die fränkische Schweiz bildet, nach Süden hin jedoch zunehmend absinkt. Bei München liegt der Malm-Aquifer rund 3.000 m unter Geländeoberkante.

Eine solche tiefliegende wasserführende Schicht weist optimale Eigenschaften für die hydrothermale Tiefengeothermie auf: Zum einen nimmt die Wassertemperatur mit zunehmender Tiefe – also in Richtung der Alpen im Süden – stark zu. So wird in vielen Gegenden im Großraum München im Malm-Aquifer eine Temperatur von über 100 °C erreicht, welche für die weitere Nutzung ideal ist.

Zum anderen sind die Gesteine der Malm-Aquifer stark zerklüftet (verkarstet) und porös (permeabel), wodurch Tiefenwasser hier einfach zirkulieren kann.

Beide Aspekte, also eine hohe Temperatur und eine hohe Fließrate, sind notwendig für die wirtschaftliche Realisierbarkeit einer Geothermieanlage.

Angebohrt wird der sogenannte Malm-Aquifer.

Diese wasserführende Schicht weist besonders günstige Eigenschaften auf, um hydrothermale Geothermieprojekte zu realisieren:
Zum einen sinkt der Malm-Aquifer in Richtung Süden zunehmend ab, wodurch die Wassertemperatur beständig ansteigt. In der Metropolregion München werden in einer Tiefe von rund 4.000 Metern meist rund 100 °C erreicht, wodurch die geothermale Nutzung möglich ist. Zum anderen sind die Gesteine des Malm-Aquifers stark zerklüftet (verkarstet) und porös (permeabel). Hierdurch ist eine gute Wasserzirkulation gegeben, die durch hohe Fließraten gekennzeichnet ist.

Beide Aspekte sind Voraussetzungen, für die wirtschaftliche Realisierung einer Geothermieanlage.

Bayern gilt allgemein nicht als erdbebengefährdetes Gebiet und weist nur eine geringe Grundspannung auf. Eine Studie des Umweltbundesamtes kommt zu dem Schluss, dass Seismizität mit Personen- und Sachschäden bei Bohrungen für Tiefe Geothermie in Bayern auszuschließen ist.

Grundsätzlich kann die Bohrung und der Betrieb von Geothermieanlagen, beispielsweise bei zu hohem Druck bei der Reinjektion des Tiefenwassers, leichte seismische Aktivitäten auslösen. In der Regel liegen diese allerdings weit unter der Wahrnehmungs- und Schadensschwelle. Solche geringfügigen Bewegungen werden Mikroseismizität genannt. Durch strenge Auflagen bei der Genehmigung eines Projekts, wie beispielsweise einem großflächig aufgestellten Messnetzwerk, das der Landeserdbebendienst überwacht, werden Maßnahmen getroffen, um seismische Ereignisse frühzeitig zu erfassen und je nach Stärke auf die Förderung bzw. Reinjektion einzuwirken.

Den Umgang mit möglichen Schäden regelt das Bundesberggesetz (BbergG). Dieses besagt, dass die Nachweispflicht im Schadensfall nicht beim Geschädigten liegt, sondern der Projekt- bzw. Anlagenbetreiber bzw. deren Versicherung haftet.

Geothermale Bohrungen werden unter höcshten Schutzvorkehrungen des gehobenen Wasserrechts durchgeführt.

Bei professionell ausgeführten Bohrungen ist eine Gefährdung des Grundwassers nach menschlichem Ermessen so gut wie ausgeschlossen. Das Grundwasser stammt fast ausschließlich aus oberflächennahen Erdschichten. Um dieses Grundwasser zu schützen, wird vor Beginn der Bohrarbeiten ein Standrohr aus Stahl gesetzt und zementiert. Es reicht bis in die grundwasserstauenden Schichten, in der Regel bis in Tiefen von rund 70 bis 80 m. Die weiteren Bohrarbeiten erfolgen zum Schutz der grundwasserführenden Schichten nur innerhalb des Standrohrs. Die Abdichtung des Bohrlochs gegenüber dem Gebirge wird durch die einzementrieren Stahlrohre in den festgelegten Bohrungsabschnitten sichergestellt. Konkret bedeutet dies, dass Bohrungen stets mehrwandig aufgebaut werden und so eine sichere Barriere zwischen dem Tiefenwasser und dem umliegenden Gestein gewährleistet werden kann. Das geförderte Tiefenwasser kommt zu keinem Zeitpunkt in direktem Kontakt mit den umliegenden Gesteinsschichten. Zudem wird die Dichtigkeit der Bohrung (Bohrlochintegrität), sowie das geförderte Thermalwasser während der Bohrphase als auch im laufenden Betrieb permanent behördlich überwacht.

Weiterhin müssen alle angewandten Methoden die Vorgaben des Trink- und Grundwasserschutzes vom Umweltbundesamt erfüllen.

 

Im Gegensatz zu anderen erneuerbaren Energiequellen – z.B. Solarparks, Photovoltaik Freiflächenanalgen – benötigt die Tiefengeothermie wenig Platz. Den größten Teil stellen die Tiefbohrungen dar. Diese liegen unter der Geländeoberkante und liegen damit nicht im direkten Blickfeld. Zu sehen ist lediglich die oberirdische Apparatur, welche mit konventionellen thermischen Heiz-Kraftwerken vergleichbar ist. Nach Abschluss der Bohrarbeiten und des Anlagenbaus ist auf einer Fläche, die in etwa einem Fußballfeld entspricht, lediglich ein etwa scheunengroßes Gebäude zu sehen.

Beim Bau einer Geothermieanlage werden ähnliche Lärmpegel wie bei herkömmlichen Baustellen erreicht. Dabei werden alle vorgeschriebenen Immissionsrichtwerte aus der allgemeinen Verwaltungsvorschrift zum Schutz gegen Baulärm eingehalten.

Man kann von einer Betriebsdauer von mindestens 50 Jahren ausgehen. Die älteste bayerische Anlage steht in Erding und läuft seit 1998 störungsfrei. In Waren an der Müritz befindet sich die älteste deutsche Geothermieanlage, welche nochmals vier Jahre zuvor ans Netz ging; während eine der weltweit ersten Anlagen im italienischen Lardarello schon seit 100 Jahren betrieben wird.

Liegt die Temperatur des heißen Tiefenwassers über ca. 110 Grad Celsius, lässt sich mit der Energie aus der Erde auch Strom erzeugen.