Kompetenzbereich Geothermie und Geo-Energiespeicher

Die Temperatur im flüssigen äußeren Kern unseres Planeten beträgt über 5.000 Grad Celsius. Nur gerade ein Tausendstel der Erdmasse, also die obersten 3 Kilometer, sind kühler als 100 Grad Celsius. In der Erdkruste, welche unter Kontinenten durchschnittlich 30 Kilometer dick ist, nimmt die Temperatur pro 100 Meter um etwa 3 Grad Celsius zu. Die Geothermische Energie – oft auch als Erdwärme bezeichnet – ist somit die in Form von Wärme gespeicherte Energie unterhalb der Oberfläche der festen Erde. Die zwei größten Vorteile der Erdwärme sind ihre permanente Verfügbarkeit und ihre Wetterunabhängigkeit. Das Erdinnere strahlt zu jeder Zeit gleichmäßig Wärme aus, deren energetisches Potential zum Heizen oder zur Erzeugung von Strom genutzt werden kann. Man unterscheidet zwischen oberflächennaher (bis 400 m Tiefe) und tiefer (400 m bis ca. 7.000 m Tiefe) Geothermie.

Um den Anteil der Erneuerbaren Energien auch im privaten Heizsystem nachzukommen bieten sich u. a. Heizsysteme an, die die Erdwärme nutzen und vom Bund gefördert werden (siehe auch Erdwärme Tipps für Hausbesitzer und Bauherren vom Bundesverband Geothermie), oder oder Fördermöglichkeiten vom Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle.
Momentan existieren in Deutschland über 400.000 Anlagen mit oberflächennaher Geothermie z. B. Erdwärmesonden oder -kollektoren in Verbindung mit Wärmepumpen mit einer Leistung von ca. 4.400 MW. Jährlich kommen rund 20.000 neu installierte Anlagen (Zahlen für 2019) hinzu.

Das Potential der geothermischen Energie in Schleswig-Holstein ist besonders für Raumwärme, aber auch für die Stromproduktion geeignet. Da die Geothermie witterungs- und tagesgangunabhängig ist, ist sie zur Deckung der Grund- und Mittellast im Wärme- als auch im Strommarkt besonders geeignet.  

Die Energieproduktion, welche aus nicht ständig verfügbaren erneuerbaren Quellen stammt, kann im Gegensatz zu der Geothermie in Zeitskalen jahreszeitlich, im Tagesgang oder sogar stündlich fluktuieren. Dies erfordert Speicherkapazität, die innerhalb dieser Zeitskalen be- und entladen werden können. Der geologische Untergrund ist grundsätzlich geeignet, erhebliche Mengen an Energieträgern (z. B. Wasserstoff, synthetisches Methan), potenzieller Energie oder Wärmeenergie zu speichern. Zur Speicherung können theoretisch poröse geologische Schichten sowie Hohlräume im Untergrund genutzt werden. Letztere werden meist künstlich in Form von Kavernen, in der Regel in Salzstöcken, errichtet.

Das Verbundprojekt ANGUS+, an welchem u. a. Wissenschaftler*innen der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel beteiligt sind, untersucht die Potentiale und Auswirkungen einer Speicherung von stofflichen Energieträgern und Wärmeenergie im geologischen Untergrund. Ziele sind hierbei Methoden und Datengrundlagen für die Abschätzung voraussichtlicher Speicherkapazitäten in geologischen Formationen sowie Methoden für die Prognose und das Monitoring von Auswirkungen, die von den betrachteten Speicheroptionen induziert werden können, zu entwickeln und Instrumente sowie erste Konzepte für eine nachhaltige unterirdische Raumplanung zu entwickeln.

Das EEK.SH und das Kompetenzzentrum für Geo-Energie (KGE) der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel pflegen eine Netzwerkkooperation und ermöglichen somit eine möglichst breite Abdeckung der Themen im Bereich der Geothermie und Geo-Energiespeicher.

Ihre Ansprechpartnerin im EEK.SH für diesen Themenbereich ist u.a. Tabitha Bernhardt.

 

Themenbereiche

Über das Netzwerk des EEK.SH können folgende Themenbereiche abgedeckt werden:

  • Nutzung des geologischen Untergrunds als Wärme-/ Kältequelle
  • Thermische Untergrundspeicherung
  • Geothermie in urbanen Räumen / Abwärmenutzung
  • Erkundung des geologischen Untergrundes in Schleswig-Holstein
  • Folgenforschung / Umweltauswirkungen

Publikationen

Geologische Potenzialanalyse des tieferen Untergrundes Schleswig-Holstein. (2014)

Geothermie in Schleswig-Holstein – Leitfaden für oberflächennahe Erdwärmeanlagen. (2006)

Geothermie in Schleswig-Holstein – Ein Baustein für den Klimaschutz. (2004)

Christian-Albrechts-Universität zu Kiel:

Struß J, Schäfer D, Dahmke A, Köber R (2020) Numerische Simulationen des Ausbreitungsverhaltens von Wärmeträgerfluid-Inhaltsstoffen aus Erdwärmesonden in Trinkwassereinzugsgebieten. Grundwasser - Zeitschrift der Fachsektion Hydrogeologie.

Dethlefsen F, Nolde M, Schäfer D, Dahmke A (2017): Basic parameterization of Schleswig Holstein's shallow geological formations for numerical reactive transport Simulations based on existing data. Environmental Earth Sciences 76:59, doi:10.1007/s12665-016-6343-5.

Kabuth A, Dahmke A, Beyer C, Dethlefsen F, Dietrich P, Duttmann R, Ebert M, Feeser V, Görke U J, Köber R, Kolditz 0, Rabbel W, Schanz T, Schater D, Würdemann H, Bauer S (2017): Energy storage in the geological subsurface: dimensioning, risk analysis and spatial planning - The ANGUS+ project. Environmental Earth Sciences 76:23, doi:10.1007/s12665-016-6319-5.

Lienen T, Lüders K, Halm H, Westphal A, Köber R, Würdemann H (2017): Effects of thermal energy storage on shallow aerobic aquifer systems: temporary increase in abundance and activity of sulfate‐reducing and sulfur‐oxidizing bacteria. ‐ Environmental Earth Sciences 76:261, doi:10.1007/s12665‐017‐6575‐z.

Westphal A, Kleyböcker A, Jesußek A, Lienen T, Köber R, Würdemann H (2017): Aquifer heat storage: abundance and diversity of the microbial community with acetate at increased temperatures. Environmental Earth Sciences 76:66, doi:10.1007/s12665-016-6356-0.

al Hagrey S A, Schäfer D, Köhn D, Wiegers C E, Chung D, Dahmke A, Rabbel W (2016): Monitoring gas leakages simulated in a near surface aquifer of the Ellerbek paleo-channel. Environmental Earth Sciences 75:1083, doi:10.1007/s12665-016-5784-1.

Ein Projekt der FuE-Zentrum FH Kiel GmbH

Forschungs- und Entwicklungszentrum Fachhochschule Kiel GmbH