Fallstudie

Erdwärme-Kraftwerk in Mecklenburg- Vorpommern


Einleitung

Geothermische Potenziale, die mit vertretbarem Aufwand erschlossen werden können, gibt es nur in einigen Regionen Deutschlands. Selbst in mehreren Tausend Metern Tiefe erreichen die Temperaturen selten mehr als 130 Grad Celsius. Während Wärmepumpenanlagen, die oberflächennahe Geothermie aus Grund- und Oberflächengewässern oder dem Erdreich auch bei relativ niedrigen Temperaturen für Warmwasserbereitung oder Heizung nutzbar machen, bereits mit Erfolg seit über 30 Jahren überwiegend in Privathaushalten eingesetzt werden, befindet sich die Tiefengeothermie in Deutschland erst am Anfang ihrer Anwendungsmöglichkeiten.

Wärme aus der Tiefe der Erde besitzt anderen erneuerbaren Energieressourcen gegenüber den Vorteil, unabhängig von Jahres- und Tageszeiten oder Witterungseinflüssen jederzeit zur Verfügung zu stehen. Die Nutzung von Erdwärme ist in der Bundesrepublik Deutschland unter den Sparten der regenerativen Energien ein relativ junger Zweig. In etwa 30 größeren Anlagen wird derzeit Wärme aus dem Erdinneren abgeleitet und ins Fernwärmenetz gespeist. Wenngleich der Beitrag der Geothermie zur nationalen Energieversorgung mit rund 400 Megawatt installierter Leistung und etwa 0,02 Prozent noch verschwindend gering ausfällt, so ist doch das technische Entwicklungsniveau auf diesem Gebiet beachtlich.

Im November 2003 ging in der Kleinstadt Neustadt-Glewe (Bundesland Mecklenburg- Vorpommern) das erste deutsche geothermische Kraftwerk zur Stromerzeugung in Betrieb.


Situation in der Zielregion

Seit 1995 erfolgt in der deutschen Kleinstadt Neustadt-Glewe im Bundesland Mecklenburg- Vorpommern die Fernwärmeversorgung von Wohn- und Gewerbeeinrichtungen auch aus unterirdischen Wärmequellen. Dabei wird das Prinzip der hydrothermalen Geothermienutzung angewendet, das heißt die Wärme wird aus den natürlichen Thermalwasservorräten in den wasserführenden Schichten des Erdbodens (Aquiferen) gewonnen. Derzeit beziehen 1.300 Haushalte und 20 Gewerbekunden Fernwärme aus dieser Anlage mit einer installierten Leistung von 16 Megawatt. Zur gleichzeitigen Erzeugung von Strom wurde nun ein Erdwärmekraftwerk errichtet, das dem Prozess der Wärmegewinnung vorgeschaltet ist.


Aufgabenstellung

Das vorhandene geothermische Potenzial in der Region wird erstmals in Deutschland zur Stromerzeugung genutzt. Zum Einsatz kommen Organic Rankine Cycle (ORC)-Dampfkraftanlagen, die bereits bei niedrigen Temperaturen wirkungsvoll arbeiten. Mit dem Doppeleffekt Wärme/Strom wird ein neues Konzept zur Kraft- Wärme-Kopplung auf der Basis von Geothermie umgesetzt: Das Kraftwerk, das seit Ende 2003 arbeitet, ist das erste in Deutschland.

Technische Lösung / Verfahren

Bei der Tiefengeothermie (über 500 Meter Tiefe) wird mittels Erdwärmesonden Thermalwasser an die Oberfläche gefördert und für Wärmeversorgungssysteme genutzt. Dieses Wasser ist häufig stark mineralisiert (im Gebiet des Heizwerkes Neustadt-Glewe zum Beispiel beträgt der Salzgehalt des Thermalwassers 220g/l) und wird daher im allgemeinen nicht direkt genutzt, sondern über Wärmetauscher geführt, die die entzogene Energie ins Fernwärmenetz abgeben, und dann wieder in die Tiefe zurückgepresst.

Daneben bestehen verschiedene Möglichkeiten der Stromgewinnung. In Ländern mit Dampf- oder Heißwasserlagerstätten wird der Strom in Kraftwerken mit konventioneller Technik erzeugt. Für Standorte mit niedrigen Temperaturbereichen ab 100° C (Mitteleuropa) bieten Hot-Dry-Rock (HDR)-Kraftwerke technische Alternativen. Dabei wird das in der Tiefe vorhandene Gestein über Bohrungen erschlossen. Zwischen den Bohrungen werden mit Wasserdruck, also hydraulisch, Fließwege aufgebrochen oder vorhandene ausgeweitet. So erzeugt man eine Art unterirdische Wärmetauscher, in denen sich von der Oberfläche eingepresstes Wasser erhitzen kann. Wieder nach oben gefördert, wird damit eine Turbine angetrieben. Die Zirkulation in HDR-Systemen erfolgt in einem geschlossenen Kreislauf.

Heizwerk

In Neustadt-Glewe wurde eine vorhandene wasserführende Gesteinsschicht in 2.450 Meter Tiefe angebohrt. In der Bohrung steigt das 100 Grad Celsius heiße Thermalwasser bis auf rund 90 Meter an die Erdoberfläche heran. Eine Unterwassermotorpumpe fördert es nach obertage und drückt es durch die im Heizwerk befindlichen Wärmetauscher bis zu einer zweiten Bohrung. In dieser wird das auf etwa 50 Grad abgekühlte Wasser der Gesteinsschicht zurückgegeben. Die drehzahlvariable Pumpe fördert nur soviel Wasser, wie für den Wärmebedarf der Abnehmer benötigt wird.

Technologisch verfügt die geothermische Anlage über drei Betriebspunkte:

  • Förderbohrung mit Filterhaus und darin befindlichem Steuerungsteil für die elektrische Pumpe, Ausgleichsbehälter, Grobfiltereinheit, Stickstoffsystem, Slopgrube
  • Geothermieheizwerk mit Wärmeübertrager, Gas-Spitzenkessel (4,8 MW), Ausrüstungen für Heiznetzwasser, Prozessleitsystem
  • Injektionsbohrung mit Filterhaus und Verpresspumpe, Feinfiltereinheit, Slopsammelbehälter.Ergänzt wurde das Heizwerk jetzt durch ein Erdwärmekraftwerk zur Stromerzeugung.

Die erdverlegte Thermalwasserleitung verbindet die Bohrungen und das Heizwerk miteinander. Zum Schutz vor Korrosion wurden spezifische Werkstoffe wie glasfaserverstärkte Kunststoffrohre und gummierte Stahlrohre eingesetzt. Die Anlage ist für eine Erzeugung von Wärmeenergie in Höhe von 21.000 Megawattstunden pro Jahr konzipiert und liefert 93 Prozent der gesamten benötigten Wärme.


Stromkraftwerk

Ergänzt wurde das Heizwerk jetzt durch ein Erdwärmekraftwerk zur Stromerzeugung. Es wird mit 98° C heißem Wasser aus 2.200 Meter Tiefe gespeist. Das Wasser gibt seine Energie über Wärmetauscher an den Turbinenkreislauf ab. Da dies für die Kraftwerkstechnik zur Stromerzeugung eine relativ niedrige Temperatur ist, wird ein synthetischer organischer Stoff als Turbinenmedium genutzt, der bereits bei 31° C siedet. Herzstück ist eine ORC-Turbine des Herstellers GET GmbH Unterlemnitz (Thüringen) mit einer Leistung von 220 KW.

Das Erdwärmekraftwerk kann mit 1.400 MWh pro Jahr über 500 Wohnungen der 7.400 Einwohner zählenden Kleinstadt Neustadt-Glewe voll mit Strom versorgen. Da die Wärmeerzeugung Vorrang hat, wird das Kraftwerk nur in den wärmeren Monaten, wenn der Energieverbrauch für Heizung und Warmwasser sinken, betrieben und im Winter ausgeschaltet.

Dieses Prinzip der geothermischen Energienutzung durch Kraft-Wärme-Kopplung hat international in vielerlei Hinsicht für Aufsehen gesorgt. Das deutsche Kraftwerk arbeitet weltweit mit der niedrigsten Soletemperatur. Neuartig ist das Kühlungsverfahren für das Turbinenantriebsgemisch: Während ähnliche Anlagen sonst durch Ventilatoren mit Luft gekühlt werden, erfolgt die Rückkühlung in Neustadt-Glewe in zwei angebauten Industriekühltürmen durch Wasserkühlung, die aus Brunnenwasser gespeist wird. Aber auch das Know-how für die Injektion des abgekühlten Thermalwassers zurück in die tiefen Gesteinsschichten, die schon deshalb nötig ist, damit die unterirdischen Speicher nicht leergepumpt werden, stößt auf großes Interesse. Bedarf haben unter anderem Ungarn, Österreich, die Schweiz, Rumänien und Bulgarien angemeldet. In diesen Ländern erfolgt zur Zeit noch die Ableitung des ?kalten? Wassers in Seen und Flüsse.

Unternehmensprofil

Der Betreiber des Geothermie-Heizwerkes, die Erdwärme Neustadt-Glewe GmbH, besitzt eine achtjährige Erfahrung bei der Erzeugung von Wärme aus dem Erdinneren. Mehrere Gesellschafter, darunter das Energieversorgungsunternehmen WEMAG AG Schwerin, sind am Geothermie-Heizwerk beteiligt.

Als Betreiber des parallelen Erdwärmekraftwerkes firmiert der Bauherr Erdwärme-Kraft-GbR mit Sitz in Berlin. Beteiligt sind daneben drei deutsche Energieversorgungsunternehmen: BEWAG Berlin, WEMAG AG Schwerin und EnergieSüdwest AG Landau über ihre Tochter LanGeo GmbH. Für diese Erweiterung des Heizwerks zur Stromerzeugungsanlage wurden kompetente Industriepartner gewonnen.

Kontaktpartner in Deutschland
Geothermische Vereinigung e.V.
Gartenstr. 36
D-49744 Geeste
Tel.: +49 (0) 5907-545
Fax: +49 (0) 5907-7379
e-Mail: Geothermische-Vereinigung@t-online.de
Internet: www.geothermie.de

Heizwerk:
Erdwärme Neustadt-Glewe GmbH, Postfach 154,
D-19306 Neustadt-Glewe Heizwerk
Tel.: +49 (0) 387 / 757-23817

Kraftwerk:
Erdwärme-Kraft GbR, Köpenicker Str. 59-73, D-
10179 Berlin
Internet:www.erdwaerme-kraft.de

Herr Marc Koch (Kaufmännischer Geschäftsführer)
Tel.: +49 (0) 30 / 267 43398
Fax: +49 (0) 30 / 267 43803
e-Mail: koch.marc@bewag.com

Dr. Heiner Menzel (Technischer Geschäftsführer)
Tel: +49 (0) 6341 / 289 252
Fax: +49 (0) 6341 / 289 262
e-Mail:h.menzel@energie-suedwest.de

DrillTec GUT GmbH, In den Teichen 2, D-07751
Jena
Tel.: +49 (0) 7243-7689-0
Fax: +49 (0) 7243-768 941
E-mail: info@drilltec.de
Internet:www.drilltec.de

Precision Drilling Technology Services GmbH
Eddesser Str. 1
D-31234 Edemissen
Tel.: +49 (0) 5176-989 617
Fax.: +49 (0) 5176-989 612