1Technische Universität München, Lehrstuhl für Energiesysteme; 2proG.E.O. Ingenieurgesellschaft mbH; 3ZAE Bayern
Die Nutzung hydrothermaler Geothermie zur gemeinsamen Stromerzeugung und Versorgung von Fernwärmenetzen stellt in Deutschland mittlerweile eine etablierte Technologie dar [1]. Zusätzlich zur Wärmebereitstellung für Fernwärmenetze kann die Geothermie mittels einer Kaskadennutzung auch zur Dekarbonisierung von Niedertemperaturprozessen in der Industrie beitragen [2, 3]. Existierende Anlagen in Deutschland zur gemeinsamen Strom- und Wärmebereitstellung nutzen das heiße Thermalwasser sowohl für die Stromerzeugung durch einen Organic Rankine Cycle (ORC) als auch zur direkten Wärmebereistellung für Fernwärmenetze oder beispielsweise Gewächshäuser. Dies führt dazu, dass die Abwärme nach der Turbine des ORCs ungenutzt über Luftkondensatoren an die Umgebung abgegeben wird. Zusätzlich zeigt sich aktuell vor allem in der südbayerischen Ostmolasse, dass von Kritikern der Geothermie die ungenutzte abgegebene Wärme an den Kondensatoren als teilweise stark verzerrtes Argument gegen die geothermische Stromerzeugung angebracht wird. Auch wenn die Nutzung der Restwärme im ORC aufgrund des geringen Temperaturniveaus aus exergetischer Sicht sehr herausfordernd ist, könnte eine Integration der ORC Abwärme in eine innovative geothermische Kaskadennutzung für Niedertemperaturanwendungen (wie beispielsweise Trocknungsprozesse [4] oder Niedertemperaturfernwärmenetze [5]) sowohl die nachhaltige und langfristige Nutzung der geothermischen Ressource als auch die öffentliche Aktzeptanz der Geothermie verbessen. Im ersten Schritt erfolgt eine Zusammenfassung und Bewertung möglicher geeigneter Niedertemperaturprozesse für eine geothermische Kaskadennutzung am geplanten Standort des Geothermieprojektes Litzlwalchen im Landkreis Traunstein. Anschließend werden für unterschiedliche benötigte Temperaturniveaus und Nachfrageprofile (ganzjährig, saisonal, etc.) verschiedene technische Konzepte zur Wärmeauskopplung (vgl. [6]) aus dem ORC untersucht. Dabei werden die Auswirkungen auf die Stromerzeugung der ORC Anlage und damit auf die Wirtschaftlichkeit des Projekts analysiert sowie mögliche Mindestpreise für die Wärmeabnahme in Abhängigkeit des Temperaturniveaus identifiziert. Daraus lassen sich Aussagen über die Möglichkeiten und Limitierungen der Integration der ORC Abwärme in eine Kaskadennutzung ableiten und die möglichen Effekte bezüglich einer Verbesserung der Wirtschaftlichkeit, Nachhaltigkeit sowie öffentlichen Aktzeptanz künftiger Geothermieprojekte bewerten.
Referenzen:
[1] Eyerer et al. Combined heat and power from hydrothermal geothermal resources in Germany: An assessment of the potential. Renewable and Sustainable Energy Reviews (2020), DOI: doi.org/10.1016/j.rser.2019.109661
[2] Rubio-Maya et al. Cascade utilization of low and medium enthalpy geothermal resources − A review. Renewable and Sustainable Energy Reviews 52 (2015), DOI 10.1016/j.rser.2015.07.162
[3] Naegler et al. Potenziale für erneuerbare Energien in der industriellen Wärmeerzeugung. BWK, 6/2016
[4] Kock & Kaltschmitt. Effizientere Ressourcenausnutzung geothermischer Anlagen – Technische Möglichkeiten und deren Bewertung. Zeitschrift für Energiewirtschaft 35 (2011), DOI 10.1007/s12398–011–0060–2.
[5] Lund et al. 4th Generation District Heating (4GDH): Integrating smart thermal grids into future sustainable energy systems. Energy (2014), DOI: doi.org/10.1016/j.energy.2014.02.089
[6] Wieland et al. Innovative CHP concept for ORC and its benefit compared 622 to conventional concepts. Applied Energy 2016; DOI: doi.org/10.1016/j.apenergy.2016.08.193
